日本名古屋大学的研究人员提出了一种新型的建筑一体化光伏 （BIPV） 系统，该系统将气流式光伏一体化遮阳装置 （PVSD） 与通风百叶窗集成在一起。研究的新颖之处在于开发了一种创新设备，该设备不仅可以发电，还可以通过利用被动冷却和热回收机制来提高能源效率。
该系统无需额外能源输入即可实现被动冷却和热回收。气流型 PVSD 是一种立面系统，其设计在百叶窗的顶部和底部设有开口，允许空气通过。在冷却期间，外部空气被引入百叶窗底部，以促进太阳能电池板的被动冷却。当外部空气通过百叶窗上升时，它会被动地冷却太阳能电池板，随后从百叶窗的顶部排出。在加热期间，室内空气被引入百叶窗底部，并通过与太阳能电池板的热交换来加热。从百叶窗顶部向房间供应加热的空气。
该系统的原型包括一个 200 毫米× 1,500 毫米的太阳能光伏板，安装在七个铝制遮阳百叶窗前面。使用单晶电池的太阳能电池板的额定输出功率为 39 W，效率为 13%。开孔允许空气进入系统。第二个原型包括上述所有特征，但没有气流开口。
该系统的性能是在 2022 年 1 月的一天在静冈市测量的。
在 11 点 40 分，当太阳辐射达到峰值时，非气流型 PVSD 产生了 242.21 W，而气流型 PVSD 产生了 247.25 W。这表明气流型 PVSD 的发电量没有显著变化。发电量的轻微改善可归因于室外温度低，这并没有影响光伏板表面温度的升高。预计在安装了多个单元的实际建筑物中，气流型和非气流型 PVSD 之间的能量输出差异将更加明显。”
在实际测量之后，该团队通过 EnergyPlus 软件进行了数值建模。使用单室模型，在两个窗户位置安装了 7 个 PVSD。测试了三个研究案例，即无 PVSD 的系统、无气流的 PVSD 系统和有气流的 PVSD 系统。该软件模拟了一年的运行情况，发现测得的太阳能电池板温度和出口空气温度在 20% 左右。
在无 PVSD 的情况下，年制冷消耗为 386 kWh，加热功耗为 58 kWh，照明需求为 295 kWh，总消耗量为 739 kWh。在没有气流的 PVSD 的情况下，制冷、加热和照明分别为 364 kWh、65 kWh 和 391 kWh，而 PV 产生 496 kWh，总净消耗量为 324 kWh。带气流的 PVSD 的净消耗量最低，为 303 kWh;也就是说，它产生了 503 kWh 的电量，消耗了 364 kWh 的制冷、50 kWh 的供暖和 391 kWh 的照明。
与非气流型 PVSD 相比，气流型 PVSD 的安装使光伏发电量增加了约 1.4%，供热需求减少了约 29%，年度计算结果表明，气流式 PVSD 提高了发电效率和室内供暖效果。”
在证明气流型 PVSD 产生最佳效果后，该团队专注于优化其安装角度、高度和开口区域。开口面积设置为 0.0017 m²、0.0051 m²、0.0068 m²、0.0085 m² 或 0.0102 m²，分别是原型中原始 0.0034 m2 开口的 0.5、1.5、2.0、2.5 和 3.0 倍。高度设置为离地面 0.8 m、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m 或 60 m，安装角度设置为相对于地面的 70◦、75◦、80◦、85◦ 或 90◦。
将开口乘以 3.0 倍导致最高的光伏发电量，与原型模型中的值相比，每年增加 1.2 kWh，随着开口面积的扩大，供暖需求呈对数下降。将其乘以 3.0 倍会导致最低的供暖需求，与原型模型中的值相比，每年减少 4.6 kWh。
至于不同的高度，光伏发电量在 60 米处达到最大值，与离地面 0.8 米的安装相比，每年增加 14 kWh。在后一个高度，供暖需求最低，与离地面 60 m 的安装相比，每年减少 7.7 kWh。气流型 PVSD 和非气流型 PVSD 之间的 PV 产生差异随着倾角的减小而增大，在 70◦ 处达到 10.5 kWh/y 的最大差异。
该研究发表在《Applied Energy》杂志上的“ Development and verification of an airflow-type photovoltaic-integrated shading device on building façades”中。
