零碳科技：新型动态垂直光伏集成围护结构显著提高产能

摘要

大玻璃幕墙广泛用于当代高层建筑，以实现有吸引力的建筑美学。建筑美学、建筑能耗和玻璃幕墙的太阳能收集之间存在内在的冲突。在这项研究中，研究团队通过引入一种新的动态垂直光伏集成建筑围护结构 （dvPVBE，dynamic and vertical photovoltaic integrated building envelope ） 来解决这些冲突，该围护结构具有非凡的灵活性，具有对天气敏感的板条角度和盲点、卓越的建筑美学和显著的节能潜力。

针对dvPVBE的不同场景，提出了3种分层控制策略：发电优先（PGP，power generation priority）、自然采光优先（NDP，natural daylight priority ）和节能优先（ESP，energy-saving priority ）。此外，在dvPVBE的模拟中进一步分析了PGP和ESP策略。使用 EnergyPlus 对集成了 dvPVBE 的办公室进行了建模。在PGP和ESP控制策略下，研究了dvPVBE对提高建筑能效的影响以及相应的最佳板条角度。

结果表明，与静态光伏百叶窗相比，dvPVBEs在北京的应用可以提供高达131%的办公房间年能源需求，并显著提高年净能量输出至少226%。这种新型dvPVBE的概念提供了一种可行的方法，通过这种方法可以有效地调节热负荷、日光穿透和能量产生。

1. 引言

建筑业占2020年全球能源需求和二氧化碳排放的36%和37%。这个问题在具有大量玻璃幕墙的高层建筑中尤为明显，这些建筑被认为是最不节能的建筑构件。这种低效率主要归因于玻璃幕墙促进的大量太阳能热增益或损失。高玻璃建筑比典型建筑消耗更多的能源。

改造建筑围护结构，特别是通过引入遮阳装置，对室内热舒适性、节能和日光眩光控制有积极影响，使其对提高建筑物的能源效率至关重要。然而，传统的遮阳装置通过反射导致太阳能的大量浪费。区域遮阳装置与光伏（PVs）的集成，称为光伏集成建筑围护结构（PVBEs），是建筑一体化光伏（BIPV）的一个有前途的方面。

PVBE在被动减少供暖、通风和空调（HVAC）负荷以及将入射到外墙上的太阳能正向转化为电能方面至关重要，特别是在高层建筑丰富的城市中。Kant等开展了一项全面的数值研究，以模拟不同PVBE设计参数的影响，但忽略了与建筑热区的相互作用。Mandalaki等研究了13种类型的固定遮阳装置，结果表明，所有集成了朝南光伏的遮阳装置的发电量至少足以支撑参考办公室的照明负荷。大多数报道的PVBE采用具有固定倾斜角度的PV面板、百叶窗和百叶窗，即静态PVBE。

然而，静态PVBE缺乏可调节性，无法提高乘员的视觉舒适度，并且对不可预测的天气条件和季节变化反应迟钝。例如，静态PVBE在夏季阳光明媚的日子里，通过减少冷却负荷和收集太阳辐射进行发电，可以很好地工作，但在冬季阴天，它可能会增加供暖和人工照明负荷。Long等模拟了中国长春一户学生公寓中与光伏电池板集成的固定悬垂物的能耗和发电量。结果表明，与没有遮阳系统的情况相比，年供热负荷惊人地增加了30%以上。因此，静态光伏板、百叶窗和百叶窗不能始终最大限度地利用入射太阳辐射，因为太阳光的入射角和其他环境特征在一天中始终变化。

最近，人们研究了高动态和天气响应的PVBE，以进一步提高建筑能源效率。Mohtasami等回顾了动态PVBE设计的技术和要求，并为动态PVBE的开发做出了贡献。Rotas等评估了采用动态PVBE改造的建筑物的年度能源性能改进，并显示出相当大的节能潜力。Abdullah等提出了一种与太阳能电池集成的双轴太阳能跟踪遮阳装置，并强调了在降低总能耗方面的高能效。Svetozarevic等开发了一种动态光伏组件，该组件可以主动调制太阳辐射，并覆盖办公室115%的净能源需求。Paydar设计了一种最优的可移动倾斜光伏板，与固定模式相比，可有效降低热负荷。Krarti提出了一种新的住宅建筑动态悬垂设计，并评估了其在美国各种气候下的积极影响，表明滑动旋转的光伏悬挑可以显著降低供暖和制冷负荷，并增加美国住房单元的发电量。近年来，在推动动态PVBEs的发展方面做出了重大努力。

然而，上述大多数动态PVBE并不是专门为具有大型玻璃幕墙的高层建筑而设计的。例如，Paydar 和 Krarti 提出的可移动光伏遮阳装置需要额外的外墙区域来适应设备的重新定位，由于墙面面积有限，这在涉及高度玻璃幕墙的应用中提出了挑战。这些大面积的不可伸缩遮阳装置可能会对建筑美学产生不利影响。此外，Abdullah等和Svetozarevic等提出的动态可调光伏电池板阵列具有用于太阳能跟踪的多功能机械结构，可实现出色的太阳能收集。然而，相对复杂的结构由于其抗风特性较弱，不适合高层建筑，阻碍了其在城市中的大规模应用。因此，开发简单、灵活和智能的光伏遮阳设备仍然面临重大挑战。

在这项研究中，研究团队提出了一种新型的动态垂直光伏一体化建筑围护结构（dvPVBE， dynamic and vertical photovoltaic integrated building envelope），它实现了传统PVBE的基本功能，响应了天气变化，并减轻了对建筑美学的影响。

具体而言，dvPVBE源自电动光伏百叶窗，具有现代设计、紧凑结构和灵活调整叶片角度及百叶窗位置的能力。通过整合可调节的叶片和动态的百叶窗位置，dvPVBE在不同天气条件下增强了热舒适度和视觉舒适度，同时实现了现场光伏发电。与现有的自动跟踪太阳并发电的PVBE系统相比，新型dvPVBE系统在响应天气变化方面提供了更大的灵活性，并可以降低建筑的整体能耗。

基于不同的场景，提出了3种dvPVBE控制策略，其中2种通过仿真进一步探索。此外，通过EnergyPlus的仿真研究了dvPVBE可调板条角在提高能源性能方面的潜力，并提出了一种求解dvPVBE日和年最佳板条角的一般方法。这些发现表明，dvPVBE对提高建筑物的能源效率具有积极影响。

2. dvPVBE

2.1. dvPVBE的设计

dvPVBE与高度玻璃幕墙整体组装在一起，作为窗户的紧密外层[图1（a）]。dvPVBE的主体，包括框架结构和百叶窗，均由铝合金制成，重量轻，强度优越，可承受恶劣天气。与太阳能电池集成的板条使用隐藏在顶架结构中的电机控制器进行动态电动化。此外，紧凑、可调节和可伸缩的板条减轻了对建筑美学的负面影响。

图 1.天气响应dvPVBE的工作原理和用例。（a） dvPVBE通过灵活控制电动板条，可以有效地调节太阳辐射。（b） 在阴天，板条完全缩回顶部，为居住者提供充足的日光和一览无余的视野。（c） 在夏季的白天，板条可以完全展开，以阻挡阳光直射进入房间，并将太阳能转化为电能。（d） 在春季和秋季，可以部分部署板条，以平衡发电和日光穿透。（e） 在冬季，板条可以部分缩回底部，让太阳辐射渗透到房间内，同时确保从顶部看到良好的视野。

与传统的静态外部百叶窗不同，dvPVBE的板条可以停在框架的任何高度，并通过电机的精确行程控制在0°到90°之间旋转。附录 A 的 Vedio S1 中展示的原型视频演示了电动百叶窗的多种功能及其实际操作。原型机的机械结构源自一家中国公司开发的现有电动百叶窗车辆。百叶窗可以部分或全部展开。当百叶窗稳定时，板条角度是可调的，可以从 0° 翻转到 90°，对应于板条的垂直和水平位置。上述控制可以通过无线遥控器和计算机控制来实现。因此，暴露在太阳辐射下的盲区和板条角度都可以独立和智能地调整，以减轻实时天气条件对室内环境的外部影响。dvPVBE还可以通过将传感器集成到框架结构中来实现有效的监控和维护管理，包括监测温度、风速、入射太阳辐射和发电等关键因素。

对天气敏感的dvPVBE的众多功能可以概括：非凡的灵活性、对天气敏感的板条角度和盲点、卓越的建筑美学和显著的节能潜力。

（1） 具有非凡的灵活性，具有对天气敏感的板条角度和盲区。如图1（b）–（e）所示，可调节的板条角度和盲区位置可实现广泛的动态动作，提供各种组合来响应天气变化和乘员的要求。

（2）优越的外部和内部建筑美学。dvPVBE紧密集成在建筑外立面中，具有现代设计、金属外观和紧凑的结构[图1（a）]。dvPVBE采用灵活的板条，为行人和乘员创造了畅通无阻且可调节的视觉体验。

（3）节能潜力显著。与太阳能电池集成，dvPVBE可以有效地调节建筑物垂直立面上的太阳能。板条角可以随着太阳位置的变化而调整，以最大限度地提高太阳能电池上的入射太阳辐射。此外，dvPVBE既可以通过阻挡夏季的太阳直射来降低冷却负荷（图1（c）），也可以通过增加冬季的太阳热量增益来降低热负荷[图1（e）]。dvPVBE还可以通过足够的日光穿透来降低照明负荷。

2.2. dvPVBE的控制策略

dvPVBE的结构参数包括叶片宽度（W）、深度（L）、间距（d）、角度（θ）以及百叶窗位置（H，即从顶部框架到底部叶片的距离），如图1（a）所示。通常，叶片的宽度、深度和间距是恒定的，并在设计阶段根据窗户尺寸确定[25]。本研究分析了叶片角度和百叶窗位置的控制，并使用仿真来探究dvPVBE可调叶片角度在提升建筑能效方面的影响。

dvPVBE有两种模式：手动和自动。手动模式由室内居住者控制。例如，居住者可以升起（图1（b））或降下百叶窗（图1（d））以改善室内视野。自动模式则根据天气条件和居住者的需求，动态控制百叶窗位置和叶片角度。

图2说明了dvPVBE在自动模式下的三种分层控制策略：发电优先（PGP）、自然采光优先（NDP）和节能优先（ESP）。控制系统采用四种传感器：用于测量外墙入射太阳辐射的日射强度计、用于监测室内居住者的红外传感器、用于测量室内照度的照度计以及用于测量实时耗电量和发电量的功率计。控制循环以特定的时间间隔执行。

图 2.三种控制策略对应不同场景的工作流程。H0是框架高度，即框架结构从顶部到底部的距离。θp是最大发电量的最佳板条角。W网是盲区对应的净功率。ΔH 是盲区位置调整的距离步长。Δθ 是板条角度调整的角度步长。I是室内照度。I0是室内照度的设定值。在这项研究中，I0设置为 300 lx 作为日光照度参考。

2.3. 仿真设置

在仿真中，建立了一个模型来研究dvPVBE的能量性能和最佳配置。位于中国北京的一栋 24 层办公楼是使用三维建模软件 SketchUp 创建。假设办公楼周围没有其他高层建筑。因此，本研究忽略了周围建筑物引起的阴影和反射。选择位于建筑物朝南立面的朝南房间，面积为5米×5米×3米的房间作为代表房间。除了暴露在外部环境中的玻璃幕墙外，所有其他暴露在室内环境中的表面（墙壁、地板和天花板）都被认为是绝热的，假设相邻的房间处于相同的室内温度。玻璃幕墙的尺寸为 4.8 米× 2.184 米，窗墙比为 70%。建筑围护结构的所有参数设置均符合中国公共建筑能效设计标准（GB 50189—2015）。

暖通空调系统的可用性取决于北京的气候。具体来说，暖通空调系统的冷却模式从5月到9月激活，以确保室内温度保持在26°C以下。加热模式从11月到2月激活，以确保室内温度保持在18°C以上。此外，暖通空调系统在工作时间前一小时启动，以确保员工在早上 8 点上班时拥有舒适的室内热环境。因此，暖通空调系统在工作日的上午7点至下午6点启动。

安装在玻璃幕墙外表面的dvPVBE由24个与太阳能电池集成的板条组成，如图S1所示。每个板条由晶科能源（中国）串联生产的26块太阳能电池组成。板条间距（d）与板条深度（L）之比设置为1（d/L=1），以增强室内视觉舒适度。

使用开源整体建筑能源建模软件（EnergyPlus，9.6版）模拟了建筑房间的能源性能，该软件可以模拟瞬态热传导、采光控制和现场光伏发电。为了研究dvPVBE的整体能量性能，EnergyPlus中采用了几个子模型，包括热平衡、采光和发电模型。采用EnergyPlus中的热平衡模型来模拟建筑物内部的传热和能量流，并计算建筑物的供热和制冷负荷。在建筑能源分析领域已经得到广泛验证的传导传递函数被选为算法。利用采光模型模拟了不同板条角度下的采光性能，并确定了采光对采光负荷的影响。将房间中间地面以上0.75 m处的日光照度参考点设置为300 lx，并采用照明的连续调光控制。在这项研究中，选择等效的单二极管模型，即五参数模型，使用来自二极管的等效电路模型进行光伏性能预测仿真。

对于dvPVBE的控制策略，非工作时间采用PGP策略，工作时间采用ESP策略。NDP策略受居住者偏好的影响很大，因此留待未来的研究进一步分析。为了进一步证明dvPVBE在提高建筑能效方面的可行性，并与静态光伏百叶窗进行公平比较，模拟主要集中在评估可调叶片角度对能源性能的影响上。具体来说，在以下模拟中，百叶窗位置设置为H0，类似于以前研究中使用的传统静态光伏百叶窗。

dvPVBE的最佳叶片角度是通过结合静态光伏百叶窗案例获得的。研究了从0°到90°以5°为增量的19个静态光伏百叶窗案例，dvPVBE的最优配置是在19个静态案例中受最低净能耗约束的叶片角度组合。在不同的情况下，HVAC负荷、照明负荷和光伏发电量会有所变化，共同影响房间的净能耗。与HVAC负荷、照明负荷和发电量相比，dvPVBE系统中的电机和控制器的能耗可以忽略不计，因为它们是间歇运行的，且额定功率较低。用于确定dvPVBE最优配置的方法适用于各种环境条件。在本研究中，选择北京作为评估dvPVBE能源性能的示例。

3. 结果与讨论

3.1. dvPVBE在北京典型季节日的最佳配置

选取春分、夏至、秋分、冬至前后的4个典型日数，详细分析季节变化对dvPVBE能量性能和优化配置的影响，为全年优化提供参考。春分是太阳似乎越过天赤道向北移动的时刻。夏至发生在太阳位于北半球的最高位置时。秋分是太阳似乎越过天赤道向南移动的时刻。冬至是太阳在北半球天空中处于最低日最大高度的时候。选定的四天是阳光明媚的工作日，太阳辐射很高。图3显示了北京建筑房间的每小时暖通空调负荷、照明负荷和光伏发电量，以及每小时的最佳板条角。早上 8 点之前的高消耗是由 HVAC 系统的启动负载引起的，因为 HVAC 系统在工作时间前一小时启动。由于其它电气设备的能耗保持不变，不影响最佳配置，因此在此不讨论。

图 3.dvPVBE在北京选定的典型季节日的最佳配置和相应的能量性能：（a）春分，（b）夏至，（c）秋分，（d）冬至。

图3（a）和（c）显示，在春分和秋分，光伏每小时的发电量（蓝色条）远大于暖通空调和照明（灰色条）的每小时能耗（灰色条）。这表明dvPVBE上的太阳能电池在一天中的大部分时间里产生的电力超过了房间的能量需求。图3（b）显示，由于冷负荷迅速上升，这种趋势在夏至期间放缓，甚至出现相反的情况。此外，受惠于太阳位置较低，光伏发电在下午仍占主导地位，占冬至全天能耗的70%以上，如图3（d）所示。

最佳每小时板条角度是根据 HVAC、照明和光伏系统的综合效应确定的。图3（a）和（c）显示，在春分和秋分期间，当太阳直接在赤道上方时，每小时的板条角从40°到90°不等，白天几乎稳定在45°左右。由于春分期间天气温和，暖通空调负荷远低于光伏发电，可以忽略不计。例如，图3（a）显示，从上午11点到凌晨12点，光伏发电量超过1.08 kW∙h，几乎是全天HVAC和照明负荷的两倍。因此，根据照明负荷和光伏发电量对板条角度进行了优化。在照明负荷方面，自然光可以在45°或更大的板条角度下提供足够的照明，以满足室内环境的照明要求。由于日光充足，房间的照明系统被调暗，以降低照明负荷。光伏发电量随着板条角的增大而逐渐减少，这受到入射到板条上的太阳辐射和组件自遮阳的影响，这对光伏阵列的能源性能不利[41]。因此，照明和光伏之间存在权衡。在清晨，当太阳辐射较低时，将板条角度调整到近 90°，以最大限度地减少照明负荷。相反，当下午太阳辐射较高时，板条角度被优化到大约 45°，以最大限度地利用自然光和太阳能。在秋分期间也采用了同样的方法。

在夏至期间，冷负荷显著增加，但由于板条的紧密排列，它不受板条角度变化的很大影响。例如，在下午 1 点到 2 点之间，当板条角度设置为 90° 时，冷却负荷增加不到 0.03 kW∙h，而 0° 则为 0°。相比之下，在0°时，照明负荷降低了0.2 kW∙h以上，仅为负荷的10%。同时，由于组件自遮光性高，光伏发电对板条角度变化的影响不明显。因此，板条角度的优化主要集中在减少照明负荷，最佳角度约为 70°，以允许足够的日光穿透，如图 3（b） 所示。

在冬至期间，板条被调整到90°，以允许最大的阳光进入房间，从而减少对供暖和照明的需求。然而，0°的板条最有利于太阳能的利用，因为太阳的位置较低，组件自遮光性低。因此，从凌晨 12 点到下午 4 点，板条角度优化为大约 65°，这是利用大量太阳能的折衷角度，dvPVBE 可产生超过 4.44 kW∙h 的清洁电力。在当天的其余时间里，板条角度接近 90°，以最大限度地减少加热和照明负载，如图 3（d） 所示。

如果净能耗为负数，则光伏发电量大于暖通空调和照明负荷，净能耗的绝对值代表净能输出。结果表明：静态光伏百叶窗的能效随季节变化显著。例如，90° 角外壳在冬至期间表现最佳，但在夏至期间表现最差，因为 HVAC 和照明负载的节能潜力降低。尽管如此，dvPVBE可以通过光伏发电来平衡暖通空调和照明负载，从而实现至少34.7%的总净能量输出增加。

3.2. 北京dvPVBE的最佳年度配置

根据附录A第S3节中给出的结果，图4通过热图展示了在PGP和ESP控制下dvPVBE全年的最佳每小时板条角，用于可视化[42]。为了更好地呈现不同月份的板条角变化，并减弱气象波动的影响，在热图中显示了每个月同一天同一时间的板条角中值。此外，板条角度从早上 7 点调整到下午 6 点。在其他时段，板条角度固定为 0°，以在没有能源消耗和发电的情况下保护室内隐私。

图 4.热图详细说明了北京全年每个月最佳板条角的中位数。小板条角度对应于板条的垂直位置，大板条角度对应于水平位置。

图 4 显示，在一年中的大部分时间里，板条角度在 45°–60° 进行了优化，以最大限度地降低净能耗。在清晨时分，采用约90°的大板条角，以减少照明负荷。此外，板条角度的变化显示出季节性特征。冬至后，当太阳下点向北迁移时，中等板条角占主导地位，光伏发电逐渐突出。例如，从上午10点到下午3点，3月份的每小时板条角稳定在45°左右，这与春分的最佳时间表一致。此外，从5月到8月，白天板条角度逐渐增加到65°，有效降低了照明负荷，同时保证了足够的光伏发电量。当太阳下点在冬至前向南迁移时，板条角度被优化为45°，以有效利用自然光和太阳能。从11月到2月，最佳板条角度增加到60°，以确保室内充足的阳光，从而降低供暖负荷。

图5是北京市dvPVBE和静态光伏百叶窗的年能效比较。本调查探讨了光伏发电、暖通空调和照明负载、其他电气设备（图 5 中标记为“其他”）和净能量输出（图 5 中标记为“总计”）。在所有情况下，其他电气设备的年能耗都保持在每年 783 kW∙h 不变。静态光伏百叶窗的净能量输出先增加后减少，板条角增大。此外，板条角为45°–60°的案例在增加净能量输出方面表现出最佳性能，这与Li等[43]报道的结果一致。在五个静态案例中，45°角案例的年净能量输出最大，为153 kW∙h，这得益于暖通空调、照明和光伏的均衡组合。

图 5.北京市dvPVBE与传统静态光伏百叶窗的年能效比较。

尽管如此，与45°角的情况相比，dvPVBE仍然表现出相当大的优势，暖通空调和照明负载相对下降了32.5%，发电量下降了2.4%。dvPVBE的光伏发电量可满足办公室每年131%的能源需求。dvPVBE可以通过动态调整，最大限度地受益于日常、季节性和年度的外部环境变化。在一天之内，dvPVBE可以通过在清晨增加板条角度来减少照明负荷。在春季和秋季，dvPVBE可以将板条角度调整到大约45°，以充分利用自然光和太阳能。全年，dvPVBE可以动态响应不断变化的外部环境，以实现暖通空调、照明和光伏之间的最佳平衡。总体而言，dvPVBE的年净能源输出量至少增长了226%，显示出清洁能源收益的显著优势。

此外，dvPVBE还具有积极的经济和环境效益。多余的光伏能源被注入电网，以提供额外的收入，同时减少碳排放。为了标准化结果，我们根据建筑房间的净加热和冷却面积（25.0 m2).图6显示，与45°角情况相比，dvPVBE可使光伏收入和碳排放量相对每年增加227%。

图 6.北京市dvPVBE与静态45°角案例的年净能量输出、光伏能源收入和单位建筑面积碳减排量的比较。中国太阳能光伏上网电价平均为每千瓦时∼0.35元人民币。每单位电力（由传统燃料产生）的碳排放量估计为 ∼750 克 CO2国际能源署（IEA）的每千瓦时。

3.3. 研究的局限性

在这项研究中，提出了dvPVBE（动态垂直光伏建筑围护结构）的概念，并证明了其相对于静态光伏百叶窗的显著节能潜力。然而，这项研究存在一些局限性。

研究中，通过组合19种静态光伏百叶窗案例的静态配置，获得了dvPVBE的每日和每年最佳动态配置。这是一种求解最优配置的简单通用方法，但对于实际操作可能并不足够。在实际操作中，dvPVBE必须及时调整以响应天气和室内变化。因此，dvPVBE系统的真正动态性将基于实时传感数据。在未来的研究中，基于传感的机器学习控制方法可能会实现dvPVBE系统的真正动态性。

在模拟中，百叶窗的位置是固定的，没有研究其对能源性能的影响。此外，也没有考虑周围建筑物的遮挡以及不同环境条件下dvPVBE的能源性能。在未来的研究中，将考虑百叶窗位置、周围建筑物和环境条件的额外动态作用。

未来可以研究几个因素，包括板条深度、板条分离、dvPVBE 取向和 PV 效率。本研究使用的光伏组件为单晶硅电池，效率为21.32%，有待进一步提高。在太阳能电池材料取得重大进展的推动下，硅太阳能电池最近实现了创纪录的26.7%的效率，而薄膜太阳能电池如Cu（In，Ga）Se2效率达到23.3%，钙钛矿电池等新兴光伏技术达到25.6%。太阳能电池的高效率是dvPVBE应用的前景。此外，通过在建筑物内集成储能系统，可以提高光伏系统产生的电力利用率，从而提高dvPVBE的能源性能。dvPVBE对环境和成本的影响也至关重要，可以在未来的工作中通过生命周期评估（LCA）和生命周期成本（LCC）分析进行研究。LCA 和 LCC 分析将有助于评估与实施 dvPVBE 相关的整体环境影响和经济考虑。

此外，dvPVBE的关键优势在于，它允许高层建筑的居住者获得令人满意的窗户景观并享受自然光。因此，可以进一步评估室内光环境、工作能力、工作满意度和居住者幸福感。在未来的研究中，应综合考虑居住者对眩光控制、更好的户外视野和隐私保护的定性要求。

4. 结论

dvPVBE的发展为现代城市中具有大量玻璃幕墙的高层建筑具有巨大的潜力。在本文中，我们提出了一种源自电动百叶窗的新型dvPVBE，该百叶窗具有非凡的灵活性、卓越的建筑美学和显著的节能潜力。结果表明，北京某办公用房集成了dvPVBE具有优异的能源性能，为面临类似条件的建筑提供了有价值的参考。本研究的主要发现总结如下。

（1）所提出的dvPVBE系统表现出优异的灵活性，板条角度和盲区可调，为应对天气变化提供了有效的选择。该系统的简单和可伸缩的结构减轻了其对建筑美学的负面影响。

（2）针对不同场景，提出了PGP、NDP和ESP三种策略。在EnergyPlus中建立了PGP和ESP控制下的建筑模型，以模拟北京dvPVBE的能源性能。为了确定dvPVBE的日和年最佳配置，介绍了一种通用方法。

（3）考虑到暖通空调、照明和光伏的综合影响，给出了dvPVBE的最优配置和结果说明，以指导动态控制。在北京一年中的大部分时间里，建议使用45°–60°的板条角，以平衡自然光和太阳能的利用。在清晨，建议使用较大的板条角度，以允许足够的日光穿透以降低照明负荷，尤其是在冬季。

（4）与静态PVBE相比，dvPVBE全年表现出优异的能量性能。dvPVBE的应用可以覆盖北京办公房间每年131%的能源需求，与传统的静态光伏百叶窗相比，每年的净能源输出至少增加226%，从而促进净零能耗建筑的发展。

总之，dvPVBE代表了BIPV的一个有前途的应用，它为提高具有大型玻璃幕墙的高层建筑的能源效率提供了重要的机会。本研究有望通过有效调节热负荷、日光渗透和能源生产，为建筑行业的节能和脱碳做出重大贡献。

素材来源：《Engineering》2024.2

作者：Wuwei Zou, Yan Wang , Enze Tian, Jiaze Wei, Jinqing Peng, Jinhan Mo