随着社会经济的快速发展,传统化石能源已经不能满足社会转型的能源需求,太阳能因其可再生、无污染、分布范围广、使用成本低等诸多优点而受到了广泛关注。在社会能源消耗比例中,有超过30%的能源被用于建筑上,如何减少建筑能耗成为节能领域的一个重要课题。太阳能利用技术与建筑的结合可以有效减少建筑的能源消耗,同时可以更加深入的利用清洁能源太阳能,为科研工作者们提供了一个新的研究方向。太阳能利用技术与建筑的结合,一般称为太阳能建筑一体化技术,根据太阳能利用方向的不同,该技术又分为太阳能光伏建筑一体化(BIPV)、太阳能光热建筑一体化(BIPT)、太阳能光伏光热建筑一体化(BIPVT)。其中BIPVT技术综合了 BIPV技术和BIPT技术各自的功能特点,可以实现光伏发电与热能收益于一体,在建筑上有着广泛的利用空间。传统的BIPVT系统均为单一集热功能的系统,或是热水集热,或是空气集热。BIPVT热水系统在寒冷季节,其水路循环管道会出现冻结问题,使得系统集热功能无法运行;BIPVT空气系统在炎热季节,因建筑不需要供暖,使得系统集热功能无用武之地,并且其光电性能也会受到极大的影响。因此传统的BIPVT系统仅在一年中的特定时段才能高效运行,而在其余时段中表现不佳甚至无法使用。为解决传统的BIPVT系统面临的季节性使用限制问题,本文进行了以下工作:(1)提出了一种新型的复合式光伏-水/空气太阳能墙系统(简称PVCW系统),该系统将空气冷却流道和水冷却流道组合在一个单独的BIPVT系统中,可以实现光伏发电、建筑采暖、热水制备等多种功能于一体。PVCW系统可以根据建筑物的不同季节需求运行三种模式:①冬季为PV-空气模式,获取电能和室内热空气;②夏季为PV-热水模式,获取电能和生活热水;③过渡季节为PV-热水/空气混合模式,同时获取电能、热空气和生活热水。这意味着新系统能够在全年任意一个时间段高效运行,可以满足建筑物在全年不同季节的复合需求。用户也可以根据个人需求的不同而选择运行不同的模式。(2)设计了 PVCW系统的功能结构,制作了两块独立的PVCW系统模块,搭建了可对比热箱实验测试平台。测试平台包括空气采暖系统(一个实验测试房间和一个空白对比房间)、电路测量系统、水路循环系统、数据采集系统等。并在2018年7月至2019年6月为期一年的时间中,分别对系统在三种不同运行模式下的综合性能表现进行了实验测试工作。(3)对比分析了系统在全年不同模式下的性能表现。结果表明PVCW系统在夏季、过渡季节、冬季进行三种模式实验时的全天平均电效率分别为7.8%、11.6%、15.3%,平均日发电量分别为973.0kJ、3226.4kJ、4460.5kJ。在热性能方面,PV-热水模式在夏季和过渡季节均表现良好,平均热效率分别为55.1%和51.5%;冬季PV-空气模式下,实验房间的平均温升最高可以达到8.1℃。实验结果证明,PVCW系统可以在全年不同季节高效运行,可以满足建筑在不同时间段的集热需求。(4)分析了 PVCW系统的制作成本,并与传统的BIPVT系统的成本进行了比较。发现PVCW系统在实现更加复合的功能基础上并没有增加太多成本,经济性良好。通过对系统全年综合性能的分析,讨论了系统在高纬度地区、高海拔地区以及偏远地区的应用空间。