随着建筑能耗在社会总能耗中的比重越来越大,将太阳能等可再生能源利用技术与建筑物相结合,对于缓解常规能源短缺,改善建筑环境具有重要意义。光伏建筑一体化提出了一种新的可再生能源的利用方式。本文针对现有光伏建筑一体化理论模型的缺点和不足,对三种典型的光伏屋顶,即带有通风流道的光伏屋顶,封闭通风流道的光伏屋顶,不带通风流道的光伏屋顶,以及普通屋顶,提出新的理论模型。该模型将光伏组件分成五层来考虑,从上到下依次为:玻璃盖板、上层EVA(聚乙烯-醋酸乙烯酯)、太阳电池、下层EVA、背板TPT(Tedalr复合氟塑料膜)层,分别考虑各层之间的传热以及光伏组件表面和环境之间的传热;发展了Sandia光伏组件电性能模型,考虑光伏组件的电性能;以辐射时间系数(RTS)负荷计算方法为基础,计算通过光伏屋顶的室内冷/热负荷。本文在天津地区建立了三种光伏屋顶和普通屋顶的对比实验台,并分别考察了它们的热性能。将理论计算结果和实验结果进行对比,结果表明所建立理论模型能够很好的预测光伏屋顶的性能。在此基础上,对比了三种光伏屋顶对光伏组件电性能的影响、光伏组件和建筑结合之后对建筑外围护结构保温隔热性能的影响,以及光伏屋顶对建筑室内冷/热负荷的影响。最后,选取我国五个建筑热工分区(严寒地区,寒冷地区,夏热冬冷地区,夏热冬暖地区以及温和地区)典型城市的气象数据,分析了三种光伏屋顶的性能,得出了不同气候条件下最优的光伏屋顶形式。