节能减排与开发利用新能源已逐渐成为当前缓解能源危机的关键所在。随着太阳能光伏建筑一体化技术的发展,结构多样的光伏系统应运而生。半透明光伏外窗作为一种新型的光伏建筑一体化技术形式,不仅能充分利用太阳能资源实现清洁电力的输出,而且在减少建筑空调能耗、提高外窗节能效果等方面具有广阔的发展前景。建筑室内外环境对光伏外窗的热电性能有着重要而直接的影响,然而,已有研究大多侧重于建筑通风外环境影响,而有关不同室内气流组织对光伏外窗热电性能影响的研究并不多见。因此,有必要结合不同类型空调系统的气流组织特征差异,对光伏外窗的传热和发电性能进行深入分析。本文的研究成果对光伏外窗系统和建筑空调系统的协同设计有重要的理论和实际意义。首先,本文针对室内分层空调系统(Stratified Air Distribution System,STRAD)和混合通风系统(Mixing Ventilation System,MV)这两种典型室内气流组织环境下空气温度分布特征的差异,建立了单层非晶硅半透明光伏外窗二维稳态传热模型,采用软件Fortran进行编程求解,并通过实验数据验证了该模型的可靠性。其次,本文模拟研究了分层空调系统和混合送风系统下单层非晶硅半透明光伏外窗的传热性能,并从送风参数角度进行了优化研究。结果表明:1)分层空调环境下光伏外窗表面温度垂直梯度分布显著,接近2.2℃/m;而混合送风系统下光伏外窗表面温度则沿送风气流流动方向显著增加;2)在模拟工况下,增加送风速度有利于降低光伏模块的工作温度,改善运行工况,但效果并不显著;3)考虑不同空调系统室内气流分布特征的差异,并结合不同季节工况下的空调负荷特点,建议采用不同措施以优化光伏外窗的传热性能。再次,本文进一步对比研究了分层空调系统和混合送风系统环境下单层光伏外窗和自然通风型双层光伏外窗的热电性能。结果表明:1)当室内工作区温度一定时,光伏外窗结构和空调系统对光伏组件的发电量影响较小,但对光伏外窗的空调得热有显著影响;2)相比于单层光伏外窗,双层自然通风光伏外窗在分层空调和混合送风环境下的热电综合性能分别提高了54.4%和52.6%;3)与混合送风系统相比,分层空调系统环境下单层光伏外窗和双层自然通风光伏外窗综合热电性能分别提高了11.2%和14.6%。最后,本文以光伏外窗系统综合热电性能作为评价指标,对分层空调系统环境下内循环式自然通风型双层光伏外窗的流道间距进行了优化。模拟结果显示,当通风流道间距为35mm时,双层自然通风型光伏外窗具有最佳节能效果。