收稿日期：2022-09-16

基金項目：國家自然科學基金（51978252）；湖南省重點研發(fā)計劃（2021SK2045）

通信作者：彭晉卿（1984—），男，博士、教授、博士生導師，主要從事建筑一體化太陽能綜合利用、先進建筑圍護結構等方面的研究。

jallenpeng@gmail.com

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1412 文章編號：0254-0096（2023）12-0009-08

摘 要：該文對雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)的綜合能效進行實驗與理論研究。首先，提出一種基于EnergyPlus的雙面光伏垂直遮陽發(fā)電模型，并通過實驗驗證模型準確性，再結合空調和照明能耗模型，建立雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)綜合能效模型；然后，基于驗證過的模型，采用凈能源消耗（[QNEC]）、自消耗率（SCR）和自滿足率（SSR） 3個評價指標，分析氣候條件、懸伸寬度以及安裝傾斜角對系統(tǒng)綜合能效的影響。結果表明，凈能源消耗隨著傾斜角的增大而減小，節(jié)能率最大可達71.25%。自滿足率的變化趨勢與光伏發(fā)電量基本一致，自消耗率的變化趨勢與凈能源消耗有較高的一致性。

關鍵詞：光伏發(fā)電；發(fā)電量；能效；建筑光伏一體化；遮陽系統(tǒng)；參數(shù)優(yōu)化

中圖分類號：TM615""""""""""" """""""""" """文獻標志碼：A

0 引 言

據(jù)國際能源署報告，建筑消耗了全球30%以上的能源［1］，而在能源危機和環(huán)境污染背景下，合理利用建筑光伏一體化（building integrated photovoltaic，BIPV）技術可將建筑由能源消費者轉變?yōu)樯a者［2］，實現(xiàn)建筑節(jié)能甚至產能目標。雙面光伏遮陽系統(tǒng)是一種新型BIPV技術，雙面電池的前后側均可接收太陽輻射進行發(fā)電［3］，其輸出功率相較于單面光伏系統(tǒng)最大可提升30%［4］。另外，該系統(tǒng)還可阻擋部分太陽輻射透射進入室內從而降低空調能耗［5］，具有較高的節(jié)能潛力。

為優(yōu)化光伏遮陽系統(tǒng)的綜合能效，研究人員以發(fā)電量和空調能耗為優(yōu)化目標開展了一系列理論和實驗研究。Hwang等［6］提出方位角和傾斜角是影響光伏遮陽系統(tǒng)（PVSD）發(fā)電性能的主要因素；孫亮亮等［7］討論了光伏遮陽的傾斜角、方位角、窗墻比、懸伸寬度等設計參數(shù)對系統(tǒng)發(fā)電量和冷負荷的影響，并得到不同方位角和窗墻比下系統(tǒng)的最佳傾斜角；Peres等［8］通過模擬探究了太陽電池種類以及組件安裝數(shù)量對單面光伏遮陽百葉凈能源消耗的影響，結果表明，相比于銅銦鎵硒和碲化鎘太陽電池，安裝4個單晶硅光伏遮陽百葉時節(jié)能率高達32.39%；Mendis等［9］通過改變水平單面光伏遮陽板的傾角、板寬與上下板間距之比，對比分析了系統(tǒng)的光伏發(fā)電量、建筑能耗及經濟性，得到不同評價指標下的最佳遮陽策略；Asfour［10］通過模擬對比分析了不同朝向和傾角下水平和垂直單面光伏遮陽板接收的輻照度和窗戶表面接收光照的面積與窗戶總面積之比，結果表明，在太陽高度角較高的國家，遮陽板水平傾斜安裝時效果更好。綜上，前人針對不同安裝策略下傳統(tǒng)單面光伏水平遮陽系統(tǒng)的發(fā)電性能和節(jié)能效果進行了深入研究，但發(fā)電性能更好的雙面光伏組件卻鮮有人將其作為遮陽產品開展相關研究。除此之外，對于雙面光伏系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)的水平安裝方式使得其后側接收到的太陽輻射有限，無法充分發(fā)揮雙面光伏系統(tǒng)的發(fā)電優(yōu)勢，且會產生較嚴重的上下層自遮擋現(xiàn)象而導致發(fā)電性能下降，因此垂直安裝效果更佳［4］。此外，垂直安裝方式有利于降低組件對灰塵雨雪等污染的敏感性，極大地降低了污染損失和清潔成本［11］。

綜上，為探究雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)的綜合能效，本文建立雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)發(fā)電模型，并利用實驗對發(fā)電模型準確性進行驗證，再結合空調和照明能耗模型，建立雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)綜合能效模型。進一步地，基于驗證后的模型，本文以某3層辦公建筑為研究對象，采用凈能源消耗、評估光伏發(fā)電消耗率及光伏發(fā)電對負荷需求的貢獻率（自消耗率和自滿足率）3種評價指標，對比分析不同氣候條件、懸伸寬度和板面傾斜角下遮陽系統(tǒng)的節(jié)能潛力，得到在不同氣候條件下的辦公建筑上應用雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)時的最佳安裝策略。

1 雙面光伏垂直遮陽發(fā)電模型建立與驗證

本研究設計并制作了雙玻雙面光伏遮陽組件，將制作好的組件安裝在實驗平臺上，布置熱電偶、逆變器、數(shù)據(jù)記錄儀等實驗儀器，隨后使用EnergyPlus建立雙面光伏發(fā)電模型并使用NOCT模型進行溫度修正，從而建立雙面光伏垂直遮陽發(fā)電模型。將實驗與模擬值進行對比，驗證了發(fā)電模型和溫度模型的準確性。

1.1 雙玻雙面光伏組件

本研究設計并制作4塊1200 mm×450 mm的雙玻雙面光伏組件，如圖1所示。每個組件由兩列串聯(lián)布置的24塊半片雙面電池組成，每列12塊，其中電池尺寸為182 mm×91 mm。在標準測試條件（STC）下，采用I-V曲線測試儀對組件的電性能進行測試，測試結果如表1所示。

1.2 實驗介紹

如圖2所示，本研究將雙面光伏組件安裝在位于湖南長沙（北緯28.1°，東徑112.6°）的戶外測試平臺上開展戶外實驗研究。4塊組件通過兩兩串聯(lián)的方式組成兩個遮陽板，遮陽板被垂直安裝于實驗臺南立面并與墻面呈90°夾角，其中，東側遮陽板的正面朝東，西側遮陽板的正面朝西，板間距與窗戶寬度相等，為2.6 m。兩個遮陽板的電路相互獨立，分別連接至兩個功率優(yōu)化器和逆變器，功率優(yōu)化器可對光伏發(fā)電功率進行實時記錄。

在4個組件的正反兩面分別布置一個K型熱電偶測量電池溫度，共8個測點，由數(shù)據(jù)記錄儀實時采集并記錄溫度數(shù)據(jù)。位于實驗臺前坪的小型氣象站可監(jiān)測室外太陽輻照度、空氣溫度、風速等氣象數(shù)據(jù)。

1.3 雙面組件發(fā)電模型

根據(jù)建筑和光伏遮陽板的尺寸及安裝方式，在SketchUp中建立幾何模型，隨后在EnergyPlus中建立雙面光伏發(fā)電模型。然而，EnergyPlus在計算表面太陽輻照度時只考慮每個表面在繪制過程中定義的“正面”［12］，無法同時得到前后兩側的輻照度，因此在模擬過程中，本文先將雙面光伏遮陽板簡化為兩個相背放置且間距極小的遮陽板，然后在EnergyPlus中采用Perez模型模擬板面接收的輻照度［13］，最后分別獲取雙面組件前后側接收的輻照度。輻照度模擬所需的幾何位置參數(shù)可通過遮陽板各頂點的位置坐標得出，因此可得出每個位置上各光伏組件所接收的輻照度。目前EnergyPlus僅能利用簡單效率模型、等效二極管模型和Sandia模型進行單面光伏組件的發(fā)電量模擬［13］，而單雙面光伏的發(fā)電量計算區(qū)別僅在于組件表面接收的輻照度不同，雙面光伏組件接收的輻照度如式（1）所示［14］：

[GE=GF+GR×ηBiFi] （1）

式中：[GE]——等效輻照度，W/m2；[GF]——前側或單面組件接收的輻照度，W/m2；[GR]——雙面組件后側接收的輻照度，W/m2；[ηBiFi]——雙面系數(shù)。

因此，采用等效輻照度[GE]逐時替代EnergyPlus模型中單面光伏組件接收的輻照度[GF]，即可模擬雙面光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。該逐時替代過程可通過EnergyPlus中的能源管理系統(tǒng)（energy management system，EMS）實現(xiàn)。EMS模塊在模擬運行過程中可同時調用模型中各模塊的運算結果（此處為[GF]和[GR]），并通過這些運算結果控制目標運算模塊的計算過程，從而實時更新部分模型參數(shù)。然而，EMS的執(zhí)行器并不能直接對光伏組件表面接收的輻照度數(shù)據(jù)進行更改。因此，考慮到EnergyPlus模型計算的局限性，本文的發(fā)電模型建立步驟如下：

1） 通過EnergyPlus輸出每個遮陽板前后表面接收的輻照度[GF、GR]，并采用EMS模塊獲取輻照度參數(shù)。隨后，在EMS中利用式（1）計算等效輻照度[GE]。

2） 溫度是影響太陽電池效率的重要因素。雖然雙面太陽電池由于反面金屬的覆蓋率較低，而金屬對紅外光的吸收率高，所以其電池溫度比傳統(tǒng)單面太陽電池的溫度更低［15］，所以組件溫度相應更低，但依然會帶來一定程度的效率損失。對于這部分損失，本研究采用額定電池工作溫度（normal operating cell temperature，NOCT）模型計算電池溫度，對效率進行修正，計算原理如式（2）所示［16］，通過式（3）計算前后側接收的輻照度之和[G]，再通過式（4）計算不同溫度下光伏組件的逐時電效率［16］。

[Tc=Ta+TNOCT-20800×G]" （2）

[G=GF+GR]"" （3）

[ηcell=ηrefcell1-βrefTc-Tc，ref]"""""" （4）

式中：[Tc]——實際運行條件下的電池溫度，℃；[Ta]——環(huán)境溫度，℃，可通過EMS模塊獲取；[TNOCT]——電池名義工作溫度，℃，比由組件生產廠家提供的單面太陽電池溫度高2 ℃，取47 ℃；[G]——前后側接收的輻照度之和，W/m2。[ηcell]——實際運行條件下光伏組件發(fā)電效率，%；[ηrefcell]——STC條件下光伏組件發(fā)電效率，%；[βref]——STC條件下的溫度系數(shù)（由生產商提供，取[-0.35%/℃]）；[Tc，ref]——STC條件下的電池溫度，℃。

3）基于上述數(shù)據(jù)，光伏組件發(fā)電量可根據(jù)式（5）計算。

[PPV=GE×ηcell×η×Acell]"" （5）

式中：[η]——光伏系統(tǒng)效率，%；[Acell]——組件中的電池面積，m2。

1.4 模型驗證

本研究通過實驗，得到雙面光伏遮陽板的逐時板面溫度及組件發(fā)電量，以驗證NOCT模型及發(fā)電模型的準確性。實驗于2021年9月10日—10月7日開展，共28天。圖3對比分析了9月14—16日光伏遮陽板的實測板面小時平均溫度與NOCT模型的板面溫度模擬值，結果顯示模擬值與實測值吻合較好，東側相對誤差9.4%，西側為8.8%。圖4展示了9月21—25日5天晴天工況以及10月6—7日2天陰天工況每天07：00—18：00共12 h的光伏發(fā)電量的模擬和實測結果。結果顯示，無論在晴天還是陰天，東西兩側光伏遮陽板發(fā)電量的模擬值與實測值基本保持一致，且在一天內呈現(xiàn)出雙峰值的特點，其中東側組件（正面朝東）在上午的發(fā)電量高于下午，而西側組件（正面朝西）則在下午的發(fā)電量高于上午。表2展示了有無溫度修正下兩種朝向遮陽板的實測和模擬發(fā)電量的均方根誤差（RMSE），計算方法如式（6）所示，結果表明溫度修正可顯著提高模型準確性。由此可見，本文建立的發(fā)電模型準確可靠。

[XRMSE=1ni=1nX1-X02]""" （6）

式中：[XRMSE]——均方根誤差，Wh；[X1]——實測發(fā)電量，Wh；[X0]——模擬發(fā)電量，Wh。

2 雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)模擬

為研究雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)的綜合能效，本文建立如圖5所示3層辦公建筑模型，建筑尺寸為21 m（長）×14 m（寬）×4 m（層高），窗墻比為0.5（窗高2 m），雙面光伏遮陽板垂直安裝于建筑的南立面、東立面和西立面。另外，本文采用EnergyPlus建立空調和照明能耗模型。其中，空調模型采用理想空調系統(tǒng)，其制冷COP為3.5，供熱EER為3.0。人員、燈光、設備、新風及空調室內設定溫度等參考《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB 50189）［17］。中國《建筑采光設計標準》

（GB 5033—2013）［18］規(guī)定，普通辦公建筑0.75 m工作面應滿足的照度標準為300 lux。因此，針對照明能耗模型，本研究在各層室內均設置5個照明參考點，分別位于距東、西、南、北墻2 m位置及室內中心點位置的0.75 m高度處，參考點的分布示意圖如圖6所示，各參考點均可控制20%的照明區(qū)域，若某一參考點照度低于300 lx，則該區(qū)域燈光開啟。

2.1 影響遮陽板綜合能效性能的參數(shù)

光伏遮陽板結構和安裝參數(shù)的不同是影響其性能的重要因素，且不同參數(shù)的變化對不同性能的影響可能出現(xiàn)矛盾。例如，遮陽板寬度越寬，則板面可容納的太陽電池越多，發(fā)電量則越大，然而過寬的遮陽板會極大地減少透射進入室內的太陽輻射量，從而增加冬季供熱能耗，且在一定程度上導致照明能耗增加。另外，同一遮陽板應用于不同地區(qū)的辦公建筑上也會有不同的性能表現(xiàn)。因此，為更好地設計和推廣雙面光伏垂直遮陽板，本研究將探究不同結構參數(shù)的光伏遮陽板在不同氣候條件下的辦公建筑中以各類安裝方式安裝時的性能表現(xiàn)，并明確最佳安裝方式。具體分析參數(shù)及其變化方式如下：

1）懸伸寬度。遮陽板的寬度由電池片尺寸和列數(shù)決定。本研究使用的雙面半片太陽電池尺寸為182 mm×91 mm，電池片列數(shù)過少會提高單位面積遮陽板成本，且限制光伏發(fā)電量和遮陽效果，而列數(shù)過多時則存在抗風強度不夠等安全隱患。因此懸伸寬度分別取0.40、0.60、0.75 m，分別對應布置2、3、4列電池片。

2）板面傾斜角。由表1可知，即使同處STC條件下，雙面組件正反面的電性能仍存在差異，通常來說，在STC條件下，雙面電池反面的發(fā)電功率只有正面發(fā)電功率的約80%，因此電池正反面與建筑之間的角度會對組件的電性能產生影響。因此，本文通過引入遮陽板正面與建筑立面的夾角區(qū)分遮陽板正反面與建筑立面的相對位置。假設遮陽板與建筑立面垂直時傾斜角為0°，雙面光伏正面與建筑立面呈鈍角為正，呈銳角為負。本研究在[-20°～50°]之間以10°為間隔8個角度。

3）氣候條件。本研究選取中國5個氣候區(qū)典型城市來考慮氣候因素對光伏遮陽板最佳安裝方式的影響，包括嚴寒地區(qū)哈爾濱、寒冷地區(qū)北京、夏熱冬冷地區(qū)長沙、夏熱冬暖地區(qū)廣州、溫和地區(qū)昆明。

2.2 性能評價指標

首先，綜合發(fā)電量、空調能耗、照明能耗可得到簡化的綜合能效評價指標——凈能源消耗量［19］，式（7）所示。通過最小化凈能源消耗可得到遮陽板最佳安裝方案。

[QNEC=QL+QH+QC-QE]""" （7）

式中：[QNEC]——有光伏遮陽系統(tǒng)的建筑年凈能源消耗量，kWh；[QL]——年照明能耗，kWh；[QH]——年空調供熱能耗，kWh；[QC]——年空調制冷能耗，kWh；[QE]——年光伏組件發(fā)電量，kWh。

節(jié)能率可更直觀地看出使用雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)的節(jié)能效果，如式（8）。

[E=1-QNECQ×100%]" （8）

式中：[E]——節(jié)能率；[Q]——無光伏遮陽系統(tǒng)的建筑年凈能源消耗量，kWh。

然后，自消耗率（self-consumption rate，SCR）和自滿足率（self-sufficiency rate，SSR）分別是評估光伏消耗率及光伏發(fā)電對負荷需求的貢獻率使用最廣泛的指標［20］。SCR關注光伏發(fā)電的消耗，其定義為提供給負載的光伏發(fā)電量占總發(fā)電量的比率，如式（9）所示。SSR表示直接提供給負載的光伏發(fā)電量以及由電池存儲的光伏發(fā)電量之和與總負荷需求的比率，如式（10）所示。對于BIPV系統(tǒng)而言，自消耗率和自滿足率越高時的安裝方式為最佳安裝方式。

[ESCR=Ep-d+Ep-bEPV×100%] （9）

[ESSR=Ep-d+Ep-bEde×100%]"" （10）

式中：[ESCR]——自消耗率；[ESSR]——自滿足率；[Ep-d]——直接提供給負載的光伏發(fā)電量，kWh；[Ep-b]——提供給電池的光伏發(fā)電量，kWh，這里為0；[EPV]——光伏總發(fā)電量，kWh；[Ede]——總負荷需求，kWh。

3 結果與分析

本文首先通過改變雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)的懸伸寬度、板面傾斜角等參數(shù)，模擬分析在5個典型城市的辦公建筑上應用雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)的光伏發(fā)電量、空調能耗以及照明能耗等性能。然后，采用凈能源消耗、自消耗率和自滿足率評價指標，探究雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)的最佳安裝策略。具體分析結果如下：

位于中國5個氣候區(qū)典型城市哈爾濱、北京、長沙、廣州、昆明的辦公建筑在不同傾角、不同懸伸寬度下與無遮陽建筑相比的凈能源消耗、自消耗率、自滿足率變化情況如圖7a～圖7e所示，可得以下結論：在任意氣候區(qū)，1）懸伸寬度為4塊電池片時凈能源消耗最小，懸伸寬度為3塊電池片時凈能源消耗最大；2）凈能源消耗隨傾斜角的增大而減小且斜率逐漸降低；3）在任意懸伸寬度下，自滿足率隨傾斜角的增大而增大，且隨傾斜角的增大，自滿足率的增長趨勢逐漸變緩，這一趨勢與光伏發(fā)電量的變化趨勢一致。由于寬度4情況下光伏發(fā)電量更多，因此自滿足率最大。而寬度2、3情況下，雖然寬度3發(fā)電量更多，但由于其能耗更高，因此自滿足率相差不大；4）在任意懸伸寬度下，自消耗率的變化趨勢與凈能源消耗有較高的一致性，且隨傾斜角的增大而減小，這是由于雙面光伏垂直遮陽板的發(fā)電量隨傾斜角的增大而增大，那么在用能需求較小時會造成更大的棄光率。

綜上可知，在哈爾濱懸伸寬度為4塊電池片、傾斜角50°情況下凈能源消耗最小，自滿足率最大；懸伸寬度為2塊電池片、傾斜角[-20°]情況下自消耗率最大。其余4個氣候區(qū)典型城市使用3種不同評價指標得到的最佳安裝方式如表3所示。由表3可知，在任意氣候區(qū)，以凈能源消耗和自滿足率為評價指標時，選擇懸伸寬度為4塊電池片，傾斜角50°的安裝方式時最佳。而以自消耗率為評價指標時，除哈爾濱外，其他的最佳安裝方式為傾斜角為[-20°]，懸伸寬度為3塊電池片。

本文進一步分析5個氣候區(qū)典型城市采用以凈能源消耗為評價指標所得的最佳方式安裝時，雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)各部分的能耗與節(jié)能率，如圖8所示。圖8a為5個城市的年照明、年供熱、年制冷能耗與年發(fā)電量，5個城市的照明能耗相差不大；哈爾濱地區(qū)的供熱能耗遠高于其他地區(qū)；廣州地區(qū)制冷能耗最大；哈爾濱、北京、昆明地區(qū)的發(fā)電量較大。圖8b為5個城市有、無遮陽建筑的凈能源消耗和節(jié)能率對比圖，在任意氣候區(qū)，安裝雙面光伏遮陽板的建筑凈能源消耗均低于無遮陽板建筑，哈爾濱地區(qū)的凈能源消耗最大，節(jié)能率最??；昆明地區(qū)凈能源消耗最小，節(jié)能率最大。

表4為5個城市有、無遮陽建筑的凈能源消耗和節(jié)能率的數(shù)值結果。由表4可知，相比于無光伏遮陽的建筑，有雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)的建筑在5個氣候區(qū)分別可節(jié)能20.56%、37.23%、26.84%、31.03%、71.25%。除此之外，北京、長沙、廣州凈能源消耗差距不大，但由于北京太陽能資源較豐富，所以節(jié)能率相較其他兩地更大。因此，在溫和地區(qū)及太陽能資源較豐富的地區(qū)使用雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)有更大的節(jié)能潛力。

綜上所述，雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)在所有氣候區(qū)均有較好的節(jié)能效果。

4 結 論

本文基于EnergyPlus建立雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)發(fā)電模型，并通過實驗驗證了模型的準確性。利用驗證過的發(fā)電模型結合空調和照明能耗模型，分別針對5個不同氣候區(qū)典型城市的辦公建筑，通過改變遮陽板懸伸寬度及傾斜角，對綜合能效進行全年模擬，并利用凈能源消耗、自消耗率、自滿足率3種評價指標進行對比分析，得到主要結論如下：

1）在任意城市，懸伸寬度為4塊電池片（0.75 m）時凈能源消耗最低；且隨著傾斜角度的增大，凈能源消耗呈現(xiàn)出整體下降趨勢且斜率逐漸降低。

2）任意懸伸寬度下，自滿足率隨傾斜角的增大而增大。自消耗率的變化趨勢與凈能源消耗有較高的一致性。

3）本文得到在不同氣候區(qū)的辦公建筑中安裝雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)的最佳安裝方式。在任意氣候區(qū)，以凈能源消耗和自滿足率為評價指標時，懸伸寬度為4塊電池片（0.75 m）、傾斜角50°的安裝方式最佳。以自消耗率為評價指標時，除哈爾濱外，傾斜角[-20°]、懸伸寬度為3塊電池片（0.6 m）的安裝方式最佳。

4）安裝雙面光伏遮陽板的建筑凈能源消耗在任意氣候區(qū)均低于無遮陽板建筑。在昆明地區(qū)應用該系統(tǒng)時建筑的凈能源消耗最小，節(jié)能率高達71.25%。

綜上所述，本文提出雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)的發(fā)電、照明和空調能耗綜合模擬方法，得到不同氣候區(qū)的最佳安裝策略，為今后雙面光伏垂直遮陽系統(tǒng)在實際工程中的應用提供了理論依據(jù)。

［參考文獻］

［1］"""" BP. BP Energy Outlook 2020［EB/OL］. https：//www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/energy-outlook.html.

［2］"""" SHUKLA A K， SUDHAKAR K， BAREDAR P. Recent advancement in BIPV product technologies： a review［J］. Energy and buildings， 2017， 140： 188-195.

［3］"""" 廖東進， 黃志平， 方曉敏， 等. 雙面光伏組件輻照度模型的研究［J］. 太陽能學報， 2021， 42（2）： 471-476.

LIAO D J， HUANG Z P， FANG X M， et al. Analysis of solar" radiation" model" for" bifacial" PV" modules［J］." Acta energiae solaris sinica， 2021， 42（2）： 471-476.

［4］"""" SUN X S， KHAN M R， DELINE C， et al. Optimization and performance of bifacial solar modules： a global perspective［J］. Applied energy， 2018， 212： 1601-1610.

［5］"""" YU G Q， YANG H X， LUO D N， et al. A review on developments and researches of building integrated photovoltaic" （BIPV）"" windows"" and"" shading"" blinds［J］. Renewable and sustainable energy reviews， 2021， 149： 111355.

［6］"""" HWANG T， KANG S， KIM J T. Optimization of the building integrated photovoltaic system in office buildings： focus on the orientation， inclined angle and installed area［J］. Energy and buildings， 2012， 46： 92-104.

［7］"""" SUN L L， HU W J， YUAN Y P， et al. Dynamic performance""" of""" the"" shading-type""" building-integrated photovoltaic" claddings［J］." Procedia" engineering，" 2015， 121： 930-937.

［8］"""" PERES A C， CALILI R， LOUZADA D. Impacts of photovoltaic shading devices on energy generation and cooling""" demand［C］//2020""" 47th""" IEEE""" Photovoltaic Specialists Conference （PVSC）. Calgary， AB， Canada， 2021： 1186-1191.

［9］"""" MENDIS T， HUANG Z J， XU S， et al. Economic potential analysis of photovoltaic integrated shading strategies on commercial building facades in urban blocks： a case study of Colombo， Sri Lanka［J］. Energy， 2020， 194： 116908.

［10］""" ASFOUR O. Solar and shading potential of different configurations of building integrated photovoltaics used as shading devices considering hot climatic conditions［J］. Sustainability， 2018， 10（12）： 4373.

［11］""" SORIA B， GERRITSEN E， LEFILLASTRE P， et al. A study of the annual performance of bifacial photovoltaic modules" in" the" case" of" vertical" facade" integration［J］. Energy science amp; engineering， 2016， 4（1）： 52-68.

［12］""" HEIDARINEJAD M， GRACIK S， SADEGHIPOUR ROUDSARI M， et al. Influence of building surface solar irradiance on environmental temperatures in urban neighborhoods［J］. Sustainable" cities" and" society， 2016， 26： 186-202.

［13］""" EnergyPlus. Engineering Reference 2014［EB/OL］. https：//Engineering Reference （energyplus.net）

［14］""" LIANG T S， PRAVETTONI M， DELINE C， et al. A review of crystalline silicon bifacial photovoltaic performance characterisation and simulation［J］. Energy amp; environmental science， 2019， 12（1）： 116-148.

［15］""" ZHOU C Z， VERLINDEN P J， CRANE R A， et al. 21.9% efficient silicon bifacial solar cells［C］//Conference Record of the Twenty Sixth IEEE Photovoltaic Specialists Conference. Anaheim， CA， USA， 2002： 287-290.

［16］""" GU W B， MA T， AHMED S， et al. A comprehensive review"" and"" outlook"" of"" bifacial"" photovoltaic（bPV） technology［J］. Energy conversion and management， 2020， 223： 113283.

［17］""" GB 50189—2015， 公共建筑節(jié)能設計標準［S］.

GB 50189—2015， Design standard for energy efficiency of public buildings［S］.

［18］""" GB 50033—2013， 建筑采光設計標準［S］.

GB 50033—2013， Standard for daylighting design of buildings［S］.

［19］""" LI X， PENG J Q， LI N P， et al. Optimal design of photovoltaic shading systems for multi-story buildings［J］. Journal of cleaner production， 2019， 220： 1024-1038.

［20］""" ZOU B， PENG J Q， LI S H， et al. Comparative study of the dynamic programming-based and rule-based operation strategies for grid-connected PV-battery systems of office buildings［J］. Applied energy， 2022， 305： 117875.

COMPREHENSIVE ENERGY EFFICIENCY AND PARAMETER OPTIMIZATION RESEARCH OF BIFACIAL PHOTOVOLTAIC

VERTICAL SHADING SYSTEM

Yang Zhirui1，Peng Jinqing1，Wang Meng2，Zhou Hao1，Song Jiaming1，Liu Hong3

（1. College of Civil Engineering， Hunan University， Changsha 410082， China；

2. College of Energy and Power Engineering， Changsha University of Science and Technology， Changsha 410114， China；

3. Hunan Kibing Energy Saving Glass Co.， Ltd.， Zhuzhou 412200， China）

Abstract：In this study， the comprehensive energy efficiency of bifacial photovoltaic vertical shading system is studied experimentally and theoretically. Firstly， a bifacial photovoltaic vertical shading power generation model based on EnergyPlus is established， and the accuracy of the model is verified through experiments. Then， combined with the energy consumption of air conditioning and lighting， a comprehensive energy efficiency model of bifacial photovoltaic vertical shading system is established. Finally， based on the verified model， the impact of climate conditions， overhang width and installation tilt angle on the comprehensive energy efficiency of the system is analyzed by using three evaluation indicators： net energy consumption （[QNEC]）， self-consumption rate （SCR） and self-sufficiency rate （SSR）. The results show that the net energy consumption decreases with the increase of the inclination angle， and the energy saving rate can reach 71.25% at the maximum. The variation tendency of self-satisfaction rate is basically consistent with photovoltaic power generation， and the trend of self-consumption rate is highly consistent with net energy consumption.

Keywords：photovoltaic power； power generation； energy efficiency； BIPV； shading system； parameter optimization