半透明非晶硅光伏窗可以遮挡吸收部分太阳辐射,既被动减少了太阳直射得热造成的冷负荷,又有效避免了室内眩光现象,还可以通过光伏效应将太阳光转变为电能供给室内空调照明用电,可谓一举多得。然而,非晶硅光伏窗的设计与选用也存在许多亟需解决的问题。半透明光伏窗的透过率影响光电转换效率,也会影响室内自然采光性能与太阳直射得热,进而影响照明能耗与空调能耗。并且,对于常见的双层光伏通风窗,其结构参数与通风策略也与节能量大小密切相关,值得深入研究。因此,为确定非晶硅光伏窗最佳可见光透过率及最优化的结构参数与通风策略,本文以通风型半透明非晶硅光伏窗与中空型半透明非晶硅光伏窗为研究对象,提出了一种基于Sandia阵列模型的不同透过率下非晶硅组件发电特性参数确定方法,使用EnergyPlus建立了非晶硅光伏窗传热、自然采光、发电的综合模型,并通过实验验证了模型的准确性。使用校验过的模型研究了不同气候区下光伏窗传热、采光、发电相互耦合作用下的综合性能及节能潜力。结合不同地域的气候分区条件,使用建筑光环境模拟工具DIVA-for-Rhino,对采用半透明光伏窗的建筑室内光环境进行了静态与全年动态采光模拟,并与普通双层玻璃窗的采光性能进行了对比。为实现光伏窗的结构优化,基于EnergyPlus气流网格模型计算出了不同空气流道间距的通风型半透明光伏窗的综合能源效益,并对通风型非晶硅光伏窗最佳通风间距与最优通风策略进行了研究。论文最后同时从综合能源效益和视觉舒适性两个方面对光伏窗的最佳透过率进行了全面优化设计以及节能潜力分析。本文的重要结论如下:(1)从综合能耗角度考虑,在我国五个典型气候区的典型城市,广州、昆明、长沙、北京、哈尔滨的办公建筑应用非晶硅光伏窗的最佳透过率分别为:0.22~0.25、0.25、0.25~0.3、0.25~0.3、0.35。严寒地区如哈尔滨,空调能耗以冬季供暖为主,因此选择透过率稍高的光伏组件可以使得更多的太阳光进入室内,从而减少供暖能耗;对夏热冬暖地区如广州,空调能耗以夏季制冷为主,因此选择透过率稍低的光伏组件可以减少太阳得热,从而减少制冷能耗。其他地区则选取透过率20%~30%之间的半透明组件,综合能耗最少。(2)从自然采光及视觉舒适性角度考虑,广州、昆明、长沙、北京、哈尔滨五个城市的办公建筑应用非晶硅光伏窗的最佳透过率分别为:0.4~0.5、0.3、0.4~0.6、0.22、0.22。对纬度较高的地区如哈尔滨和北京,由于其太阳高度角较低,故选择透过率稍低的非晶硅组件以减少眩光的产生;对纬度较低的地区如广州,由于其太阳高度角较高,故可选透过率稍高的组件以达到室内最佳照度值。(3)比较研究了长沙地区三种不同通风模式的双层半透明光伏窗的综合能效,结果表明自然通风模式下制冷能耗最少,而关闭百叶风口的无通风模式下制热能耗最少。使得空调供暖总能耗最少的模式仍然是自然通风模式。考虑到季节因素,夏季采用以通风散热为目的的自然通风模式,冬季采用以保温隔热为目的的无通风模式,而过渡季节采用浮力驱动通风模式可使双层半透明光伏窗的年综合能效最大化。本文研究成果可为国内不同气候区非晶硅半透明光伏窗的设计与使用提供理论依据和参考。