近年来,节能成为建筑行业发展的热门方向,建筑集成聚光光伏（Building Integrated Concentrated Photovoltaics,BICPV）提供了一种潜在的方案,将聚光光伏系统集成到建筑围护结构上,将太阳能转化为电能,从而满足相当一部分建筑的电力需求,并减少化石能源消耗。作为BICPV的一种常用手段,将光伏集成到建筑窗户中在现代建筑设计中很常见。将低成本的透明材料集成到窗户中作为聚光系统,从而减少光伏电池的消耗。在BICPV窗的设计中,需要在透光率和发电功率之间进行权衡。一般来说,提高发电功率的一种常用方法是扩大光伏电池的面积,然而,这会导致窗户的透光率降低。本文提出了一种新型的由荧光材料和热致变色材料组成的建筑集成聚光发电“智能窗”系统,称为智能荧光波导太阳能聚光器。与现有的BICPV系统相比,该“智能窗”系统既考虑了发电功率的提升,又兼顾了对于透光率的智能调节。荧光材料具有将短波长的光吸收并各向同性地发射长波长的光的作用;热致变色材料能够根据温度变化改变自身的光学属性。光线在系统中通过全内反射（TIR）实现聚光的作用。具体来说,当温度超过临界温度时,热致变色层的光学属性表现为高反射率和低透过率,用以遮挡强烈的阳光。此外,到达热致变色层表面的阳光将被反射回荧光层内重新吸收利用。而当温度低于临界温度时,热致变色层的光学属性表现为高透过率,允许阳光进入室内,此时,该系统依然能通过荧光材料的聚光作用发电。本文采用了模拟与实验相结合的方法来研究该聚光发电“智能窗”系统的光学性能和电学性能。我们运用Trace Pro软件建立光学模型,通过光线追踪技术来研究多种因素的影响,从而得到以下结论。光伏电池耦合在波导底面的模块的光学效率优于耦合在波导边缘的模块。其中,荧光层平面尺寸和几何聚光比对于光学效率的影响是单向的,光学效率随着平面尺寸和几何聚光比的增大而减小;而荧光层厚度和荧光浓度对于光学效率的影响是非单向的,存在最佳厚度和浓度。当该系统作为立面结构时,其光学效率随着太阳高度角的增大而降低。除此之外,我们还建立了外部尺寸为1.5 m×2 m×2 m的房间模型,集成了由100个10 cm×10cm×0.3 cm的聚光发电“智能窗”小模块组成的面积为1 m~2的窗户,其室内平均照度最低在300 lux以上,满足采光需求,且热致变色层能够有效缓解在太阳辐照强度最高时候的过度采光状况。在模拟分析的基础上,我们制作了尺寸为10 cm×10 cm×0.3 cm、几何聚光比为10、集成了效率为7.6%的非晶硅电池的智能荧光波导太阳能聚光器的组件,并设置了实验组与对照组。通过对在室外测得的实验数据进行分析,该系统的能量转化效率最高达1.24%,功率增益最高达1.26。热致变色层最大能够将输出电功率提高9.9%,且其半透明状态覆盖了一天中太阳辐射最强的时间段,能够有效缓解室内过热。模拟与实验之间的误差在4%之内。