在迪拜，38.9%的总能源消耗与建筑有关，而高层建筑部门是能源效率的关键。BIPV（建筑一体化光伏）在迪拜可以成为一种非常有效的替代方案，因为它可以减少建筑负荷和发电。

本文旨在根据应用BIPV的楼层数来研究能源效率。作为方法，采用办公建筑分析模型，建筑层高3.6 米，建筑每层面积400平方米，窗面容积比为80%。Energy Plus 9.0 版和 TRNSYS 被用作评估工具。假设分析模型中门窗的物理性能为低辐射双层玻璃，太阳辐射增益系数（SHGC）为0.564，可见光透过率为47.2%，热透射率为1.760 W/m。

结果表明，当采用换窗式、外墙饰面式和混合式BIPV系统时，供暖和制冷能耗降低了13.2%至32.8%。事实证明，在高层办公楼中应用BIPV是有效的。更换窗户并应用PV、双层 Low-E 或三重 Low-E 窗户，用 PV 代替外墙饰面材料，或使用两者的混合物是可行的。模拟结果表明，屋顶BAPV（Building-Applied Photovoltaic）系统更适用于低层建筑。

1.引言

根据迪拜市政府的说法，迪拜目前有25座300米高的高层建筑。此外，还有14座高层建筑正在建设中 。包括迪拜河港的地址 Harbor Point（73 层，300 米）、Ciel 塔（82 层，366 米）、Il Primo 塔（80 层，356 米）、住宅区塔（78 层，339 米）、Grande 塔（79 层，338 米）、One Zabeel 塔 1（67 层，330 米）、Adventz 塔（68 层，328 米）、Al Wasl 塔（63 层、 302 米），Vida Zabeel Tower 1（78层，301 m）和迪拜珍珠塔（73层，300 米）目前正在建设中。

迪拜高层建筑激增的原因之一是具有挑战性的资源经济性。与阿布扎比和海湾合作委员会（GCC）中的其他国家相比，迪拜的原油产量并不高，他们认为其未来取决于其积极参与全球贸易网络。因此，迪拜政府推动开发商建造许多项目，以吸引国际投资者在迪拜投资。

目前，迪拜的能源消耗的38.9%与建筑物有关，而其中80.2%被消耗为建筑物中的供暖、制冷和人造光能。这在阿拉伯联合酋长国阿联酋正在成为一个重大问题，建筑部门在能源效率方面发挥着至关重要的作用。

可用于此类高层建筑低能耗的可持续技术包括通过改善建筑围护结构性能来降低负荷的技术、高效的HVAC系统（供暖、通风和空调）设计以及新能源和可再生能源的建筑集成方法。然而，由于对技术的不熟悉和缺乏以前的经验，新能源和可再生能源的建筑集成在迪拜的应用阶段遇到了困难。

最近的研究强调了建筑一体化光伏（BIPV）在城市温度调节和建筑传热中的重要性，强调了它们在可持续城市发展中的潜力。另一项研究强调了使用BAPV部署的建筑围护结构的传热特性，展示了其在节能建筑设计中的重要性。

因此，判断太阳能发电系统的实际应用对于实现低能耗型环保高层建筑是必要的。为了降低能耗，本研究将太阳能发电系统应用于高层建筑，以替代屋顶安装的BAPV系统和各种建筑集成BIPV系统。本研究旨在确定在应用建筑集成BIPV系统和屋顶安装BAPV系统时，根据高层建筑的楼层数，如何有效地节约能源。

图 1.建筑应用光伏部署示例：1.屋顶BAPV系统，2.立面BAPV系统，3.檐篷上的BAPV， 4.与建筑设计的集成

2. 材料与方法

BIPV正成为高层建筑非常有效的能源补充，而高层建筑占迪拜大部分电能消耗（冷却、照明设备、电梯和空调设备等）。BIPV系统具有两个优点：建筑减载和发电。特别是，作为窗式或外墙饰面材料的建筑一体化BIPV系统是直接影响建筑荷载的建筑材料。

为了减轻半透明BIPV玻璃对室内视觉舒适度的影响，并控制人工照明能源需求的增加，此次研究采用了具有优化透光性能的先进BIPV玻璃材料。这些材料旨在最大限度地利用日光，同时产生足够的电力，减少对人工照明的依赖。此外，该研究还采用动态模拟工具来分析和预测自然照明和人工照明需求之间的平衡，确保整体能耗得到优化。

以往将BIPV系统应用于高层建筑的案例大多在美国、德国、西班牙、日本和韩国等发达国家。这些国家的BIPV系统大多是幕墙应用。此外，研究发现，当应用BIPV时，如果将发电面积集成到外墙中，则可以确保相对较大的发电区域。在应用太阳能系统时，需要避免主要安装在迪拜太阳能发电厂的建筑/屋顶安装方法。建筑能源分析程序 EnergyPlus 9.0 版被用作评估工具。TRNSYS（瞬态系统仿真工具）用于预测所应用的太阳能系统产生的电量。据分析，照明、电器、风扇和泵（包括空调）每年的电能消耗占比高达92%。

在我们的建筑一体化光伏（BIPV）分析中，考虑了BIPV组件的可变光伏功率转换效率，其范围为15%至18%，具体取决于环境条件和特定组件特性。这一效率范围对于在标准测试条件 （STC） 下测量的潜在能量输出和 BIPV 系统对建筑物能源需求的总体贡献的全面评估至关重要。

2.1. 分析模型概述

一个办公建筑能耗模型被建立，用于分析高层建筑中使用光伏系统（BIPV和BAPV）的使用效果。假设可变风量（VAV系统）和风机盘管单元通过划分具有不同热行为的外边缘和内边缘来负责内外围的空调。作为建筑物主要结构的外墙和内墙材料的物理性能是根据节能设计标准建造的（图2）。

图 2.分析模型的轴测

假设分析模型中门窗的物理特性为低辐射双层玻璃，太阳能热增益系数（SHGC）为0.564，可见光透射率为47.2%，热透射率为1.760 W/m2K （表1）。假设模拟的主要设置条件是占用密度为 0.2 人/m2，显热为65瓦/人（瓦特/人），潜热为54瓦/人。照明密度为 20.0 W/m2，器件密度为 22.0 W/m2，假设每人通过空调的通风系数为 35 m3/人。

室内设定温度为20°C开始加热，26°C开始冷却，假设使用时间为工作日上午8：00至下午6：00，周末除外。根据先前的研究计算了工厂的效率和性能系数，考虑了对建筑物能耗的敏感响应。结果，锅炉的效率为80%，冰箱的COP（性能系数）为2.5。图 3 显示了应用于上述分析模型的 HVAC 系统的概念图。

图 3.用于分析模型的VAV系统

迪拜经历了炎热的沙漠气候，其特点是高温、强烈的阳光和最小的降雨量。年平均温度在19°C到31°C之间，夏季温度经常超过40°C。迪拜的太阳辐照度是世界上最高的，平均每年约2200千瓦时/平方米。相对湿度变化很大，从冬季的50%到夏季的90%以上不等。这些气候条件至关重要，因为它们会显著影响光伏系统的性能，特别是在高温下的冷却要求和效率下降方面。

2.2. 分析模型能耗分析

图 4 显示了本研究中分析模型的月能耗。结果发现，制冷能全年持续消耗，2020年11月至2月消耗部分热能。由于在冬季使用供暖能，每年的热能（燃气）能耗占8%。据分析，照明、电器、风扇和泵（包括空调）每年的电能消耗占比高达92%。

图 4.分析模型的月度能耗

图5显示了每年单位面积（m）总能耗的分析结果。根据之前的研究，迪拜现有建筑每年每单位面积（m）的年能耗约为360.0 kWh/m2yr 。制冷能耗占总能耗的40.2%，占比最大，一次单位能耗为144.5 kWh/m2yr。另一方面，供热能耗为35.4 kWh/m2yr，占总能耗的9.8%，分析为制冷能耗的1/4。

图 5.单位面积总能耗（m2） 每年

在分析模型的情况下，它是消耗大部分电能的一般办公楼。因此，据此判断，通过应用太阳能发电系统对发电的贡献将对降低总能耗起到至关重要的作用。

3. 结果与讨论

分析结果表明，窗户置换型BIPV系统从15层开始有效，外墙置换型BIV系统从12层开始有效；窗户置换型和外墙置换型混合型BIPV从9层开始有效。在屋顶安装BAPV系统的情况下，它可以在每个备选方案的交叉点处或交叉点以下有效。尽管如此，从其以上楼层的规模来看，建筑一体化BIPV系统的应用在节能方面将是极好的。

3.1. 屋顶安装BAPV的分析

屋顶太阳能系统是将光伏应用于迪拜建筑物的最商业化方法。然而，屋顶安装的光伏系统与建筑一体化光伏（BIPV）概念不一致，后者将太阳能电池模块集成到建筑材料中。相反，可以看出它符合BAPV（Building Added Photovoltaic）的概念，BAPV仅用于发电。

因此，通过将分析模型应用于迪拜商业化程度最高的屋顶太阳能系统，根据楼层数进行能耗分析。屋顶安装的BAPV系统是在标准光伏阵列测试条件（STC）下，最大输出为240.0 Wp，开路电压为37.6 V，开路电流为8.7 A，最大输出工作电压为29.8 V，最大输出工作电流为8.1 A的晶体硅太阳能电池（c-si系列）。安装面积为400平米，与分析模型的占地面积相同，并假设安装了水平凉棚。根据屋顶安装的BAPV系统的假定年发电量，楼层数的规模从1楼扩大到100楼。分析了光伏发电总能耗和发展贡献率的变化（光伏发电量/建筑能耗+光伏发电量）。

图6显示了按楼层数划分的单位面积的总能耗和光伏发电量。随着规模从低层增加到高层，它从 52.1 kWh/m年增长至 349.8 kWh/m年，接近 标准分析模型的360.0 kWh/m 年。光伏发电量从300.7kWh/m减少2年 至 3.0 kWh/m2年。研究还发现，发电机的贡献率从85.2%逐渐下降到0.9%。因此，随着楼层数量的增加，屋顶安装的BAPV的发电对降低能耗没有显著贡献。可以看出，迪拜的屋顶安装BAPV系统在高层建筑中的价值较低。如果在迪拜只坚持简单的固定式BAPV，相信未来BIPV市场的扩张将存在困难。

图 6.屋顶安装BAPV的总能耗（按楼层划分）

3.2. 建筑一体化光伏（BIPV）系统分析

屋顶安装的BAPV系统对降低能耗的贡献随着楼层数的增加而降低。最大的原因是不可能在建筑面积之外安装光伏系统，因此很难处理随着建筑物越来越高而相对增加的能源消耗。

因此，高层建筑有必要开发一种建筑集成BIPV系统，该系统可以充分利用随着规模增加而变宽的立面，而不是使用有限的屋顶面积。然而，由于屋顶安装的BAPV系统作为建筑材料微不足道，它只能通过简单地发电来降低建筑能耗。另一方面，由于建筑一体化BIPV系统作为建筑材料，直接影响建筑荷载，因此有可能首先减少制冷或制热能。

此外，在屋顶安装的BAPV系统中，发电机盈余随着楼层数的增加而减少。在楼宇一体化BIPV系统中，安装在每层楼的BIPV系统负责相应楼层的能耗，因此即使楼层数增加，备用发电机率也能保持恒定。

为了充分利用高层建筑中每层楼的立面，构建了 BIPV 系统的三个备选方案，并将其应用于分析模型的南侧、东侧和西侧。

第一种选择是用PV替换幕墙，幕墙在分析模型的高程中占据最重要的区域，如图7左侧所示。应用了半透明非晶薄膜非晶硅光伏（a-si PV）窗口。与一般透明玻璃相比，精细薄膜光伏窗的优点是太阳增益系数和可见光透过率较低，因此应用于制冷型建筑时可以降低能耗。

作为第二种替代方案，如图7中间所示，考虑了一种用PV代替饰面材料的方法，方法是将幕墙的拱肩部分变成外墙。除了可以向外看的视觉部分外，其余的拱肩部分被晶体硅基光伏（c-si PV）取代，将窗口面积比从80%降低到40%。通过用外墙和c-si光伏饰面材料取代易热的窗户，有望降低能源消耗。

如图 7 右侧所示，上述两个选项混合并作为第三种备选方案应用。计划通过用外墙和c-si光伏饰面材料代替拱肩部分，并使视觉部分成为a-si光伏窗，从而减少负荷并相对提高发电性能。

图 7.玻璃幕墙PV型（左）、外板PV型（中）、混合型PV（右）。

楼宇一体化BIPV系统共有5种应用选择。窗户更换BIPV有三种类型，如双层光伏窗（a-si DW）、Low-E双层光伏窗（a-si LDW）和Low-E三重光伏窗（a-si LTW）、外墙饰面更换光伏（c-si FMAT-结晶硅胶幕墙材料）和光伏混合型（LTW + FMAT）。下面概述了适用于每个BIPV备选方案的PV。c-si系列光伏与屋顶安装BAPV系统的性能相同。a-si光伏是非晶薄膜太阳能电池（a-si系列），最大输出功率为44.0Wp，开路电压为91.0V，可用电流为0.97A，最大输出工作电压为59.0V，最大输出工作电流为0.7A。

•BIPV系统的集成：“将建筑一体化光伏（BIPV）系统集成到高层建筑中涉及特定的建筑和工程考虑。BIPV元件，如建筑围护结构材料和发电机组，在窗户和外墙等部件中取代了传统材料。这种双重功能增强了美感，并显着影响了建筑物的能量平衡。BIPV材料与建筑结构之间的物理相互作用，特别是在隔热和太阳能吸收方面，对其整体能源性能至关重要。

•能源性能指标：在能源性能方面，BIPV系统在加热和冷却的能耗方面表现出可量化的降低。例如，在窗户更换中实施 BIPV 可显著降低热负荷，直接有助于节约能源。这些指标对于了解BIPV系统在实际场景中的效率至关重要。

•材料和设计考虑因素：BIPV系统中材料的选择，如非晶硅或晶体硅，对其效率起着重要作用。这些材料的导热性、透光率和耐久性等因素直接影响系统的性能。例如，在BIPV组件中使用低辐射率（Low-E）玻璃有助于最大限度地减少热量损失，同时最大限度地提高光和太阳热增益。

3.3. BIPV替代品的能源消耗

3.3.1. 冷却能耗

在高层建筑上应用BIPV时，与BAPV系统最显著的区别在于，它用于建筑材料，影响建筑荷载。因此，在比较光伏发电的总能耗之前，对建筑材料中加热和冷却能耗的增加和减少进行了研究。基于应用Low-E双层玻璃的分析模型的冷却能量基线LDW，分析了使用6种建筑一体化BIPV替代方案时冷却能耗的增加或减少情况。分析结果如图8所示，应用建筑集成BIPV的所有六个选项都表明，与标准分析模型相比，冷却能耗有所降低。此外，在a-Si薄膜光伏窗的三种选择的情况下，与分析模型的low-E双层玻璃相比，太阳能增益系数显著降低，因此分析了冷却能耗的降低。

图 8.BIPV替代品的冷却能耗

3.3.2. 供暖能耗

基于分析模型分析供热能耗的增加或减少情况发现，所有建筑一体化BIPV备选方案的供热能耗均有所增加。在三种窗户更换光伏替代方案的情况下，太阳能增益系数低于分析模型，表明热能消耗增加（图9）。

图 9.BIPV替代品的供暖能耗

以Low-E三层光伏窗（a-si LTW）、Low-E双层光伏窗（a-si LDW）和双层光伏窗（a-si DW）为依次分析了采暖能耗，其中传热率对换窗光伏窗间能耗差异的影响最为显著。与分析模型相比，外墙饰面置换型光伏由于窗面积比减小，太阳能增益较小。因此，加热能耗增加。另一方面，与其他BIPV替代品相比，透明玻璃的太阳辐射增益没有显着增加。

另一方面，分析了Low-E三重光伏窗（a-si LTW）和外墙饰面置换光伏（c-si FMAT）的混合型透热率优异。尽管如此，太阳辐射很小，因此供暖能耗增加最多。

3.3.3. 建筑荷载影响的制冷/制热能消耗

当应用建筑一体化BIPV时，制冷能耗降低，供热能耗趋于增加。基于此，通过分析总制冷和制热能量，可以诊断出由于制冷比例较大的办公楼的特点，能耗降低了（图10）。

图 10.建筑一体化BIPV替代方案的制冷和制热能耗

因此，据此判断，安装一个既能降低供暖和制冷能耗的建筑一体化BIPV系统，在能耗方面也被认为比仅将光伏系统应用于发电，如屋顶安装的BAPV系统更有利。

与其仅从屋顶安装的BAPV系统应用光伏系统进行发电，不如安装可以减少供暖和制冷的楼宇一体化BIPV系统，在能耗方面具有优势。

•规模和效率的相关性：分析揭示了建筑物的规模与BIPV系统的效率之间存在显著的相关性。在高层建筑中，阳光照射的表面积要大得多，BIPV系统提供了更大的发电面积，并且比低层建筑更有效地节省了能源。这种现象凸显了根据建筑规模定制BIPV设计以获得最佳性能的重要性。

•环境因素影响：当地气候、建筑朝向和季节变化等环境因素对 BIPV 系统的性能起着至关重要的作用。这些系统的效率很大程度上取决于它们与环境元素的物理相互作用，例如阳光的入射角和阳光照射的持续时间。

3.4. 根据BIPV负载效应和发电量的能耗

结果表明，考虑到光伏的特性，建筑一体化BIPV系统在应用时可以影响负荷，并可以降低建筑材料方面的供冷能耗。此外，除了根据负荷效应减少加热和冷却能耗外，还分析了包括发电量在内的总能耗和电能消耗的减少。

3.4.1. 建筑一体化BIPV系统的发电量分析

采用EnergyPlus 9.0版本和TRNSYS对本研究提出的换窗型光伏、外墙置换型光伏、换窗型和外墙置换型混合光伏发电量进行了分析。在建筑集成BIPV的情况下，它是通过响应每个楼层的AED（年度能源需求）单元发电得出的。

分析结果显示，采用a-si薄膜光伏的窗户置换光伏发电量为20.3 kWh/m2年力。带c-si PV的PV型外墙饰面更换为26.2 kWh/m2年，比窗户更换型PV多22.5%。窗户更换和外墙装饰更换混合光伏，旨在最大限度地提高发电量，产生35.0 kWh/m2年，表明发电量比窗户更换光伏发电量高出 41.9%（图 11）。

图 11.建筑一体化BIPV替代方案的制冷和制热能耗

3.4.2. BIPV系统的总能耗

BIPV系统最显著的优点是，它主要通过影响建筑负荷和通过发电减少二次能源消耗来降低制冷和制热能耗。因此，根据负荷的影响，根据能耗，抵消了每种备选方案的发电量。最后，分析了降低总能耗的能耗量，包括制冷、制热、照明、设备、风扇和泵功率（图12）。

图 12.BIPV系统的总能耗

由于增加了发电量和负荷减少，能耗的降低率约为制冷和热能耗的两倍。特别是c-si系列光伏在发电方面优于a-si系列光伏。此外，还发现外墙饰面置换型和混合型BIPV在减载方面比采冷能耗降低率提高较显著。

在换窗型BIPV替代分类的情况下，通过减少负荷来减少比通过光伏发电减少能耗更重要。这表明a-si串联光伏发电性能需要从根本上提高。

然而，对于双层光伏窗，它降低了13.5%至305.2kWh/m年，用于双 Low-E 光伏窗至 298.8 kWh/m年，下降了15.3%，三重Low-E光伏窗降至298.3 kWh/m年，减少15.5%至298.3kWh/m年。这表明，只需用光伏窗代替窗帘墙，就可以达到极好的节能效果，而光伏窗最近由于能源消耗过大而避免了光伏窗。

在更换外墙饰面的BIPV案例中，发现光伏发电对能耗降低的影响比降低负荷更显著。消耗量 306.4 kWh/m2通过将标准分析模型的能耗降低 13.2 % 来显示 yr。外墙饰面更换型BIPV可降低能耗20.2kWh/m2通过更换能耗过高的幕墙拱肩部分，用光伏代替饰面材料。与非晶硅薄膜光伏相比，它的发电量为26.2 kWh/m2具有更高发电性能的年功率。考虑到对电力生产的依赖大于负荷减少，在现有窗面积比为40%的高层办公楼中，只需用光伏代替饰面材料，在能耗降低方面将是有利的。被评判。

在能耗降低最显著的混合BIPV中，发现光伏发电比减载效果更强大。据分析，通过应用建筑一体化BIPV，响应每层的能耗，总能耗可降低13.2%，最高可降低17.0%。

3.4.3. BIPV系统的电能消耗

BIPV系统的发电量与电能消耗直接相关，最终占办公楼总能耗的84%。此外，在考虑引入新的可再生能源系统时，将其分为热能消耗和电能消耗，还必须根据直接影响它的BIPV的应用进行电能减少分析（图13）。

图 13.根据BIPV系统的电能消耗

根据BIPV系统的应用情况，从电能消耗的角度分析减排量和减排率，能耗减排量呈现相似的趋势，但降耗率略有提高。

至于采用窗户更换型光伏的替代方案，Low-E三层光伏窗（a-si LTW）的电能消耗量减少了18.3%，Low-E双层光伏窗（a-si LDW）降低了18.2%，双层光伏窗（a-si DW）降低了16.0%。此外，分析了外墙饰面更换的PV降低了15.6%。其中，低窗面积比的混合型备选方案和Low-E三重光伏窗的降幅最大，为20.2%。

因此，从电能消耗的角度来看，BIPV的应用有望通过与高效HVAC系统、发光二极管、LED照明、待机电源阻断等低能耗电气技术相结合，显著降低能耗。

由于应用半透明BIPV玻璃，人工照明需求的潜在增加得到了承认。为了在我们的研究范围内解决这个问题，我们讨论了光重定向元件的实施和智能控制系统的采用。这些措施旨在增强自然光分布并保持视觉舒适度，而不会显着增加人工照明的能源消耗。讨论强调了BIPV系统产生的能源与照明能耗潜在增加之间的权衡，强调了集成设计和控制策略在实现净正能量建筑中的重要性。

3.5. 高层写字楼BIPV应用方案

3.5.1. 屋顶安装BAPV和建筑集成BIPV系统

如图14所示，目前在迪拜应用的大多数光伏系统都是屋顶安装的BAPV系统。分析表明，随着楼层数的增加，BAPV往往会降低能量降低率。另一方面，建筑一体化BIPV系统表明，即使楼层数增加，节能率也保持不变。

图 14.BAPV和BIPV的节能率随楼层的变化。

安装在屋顶上的BAPV系统在低层规模上显示出很高的节能率。尽管如此，随着规模的扩大，电力生产的能源减少率从85.2%下降到0.9%。当应用光伏混合型（LTW+FMAT）时，能量降低率持续保持在17.0%，这一结果相当于屋顶安装BAPV系统的5层规模（17.0%）。此外，与在窗户更换光伏中性能最佳的Low-E三重光伏窗（a-si LTW）的15.5%的节能率相比，分析显示了屋顶安装BAPV的6层比例（14.2%）版本。无论楼层数如何增加，外墙饰面更换光伏（c-si FMAT）也保持了13.2%的节能率，这接近屋顶安装BAPV的7层规模（12.2%）的值。

因此，在低层办公楼的七层或以下的低层办公楼中应用屋顶安装的BAPV系统可能是有利的。但对于高于该值的高层写字楼，应考虑应用楼宇一体化BIPV系统。

3.5.2. BAPV 和 BIPV 混合的能耗分析

屋顶安装BAPV系统对低层写字楼有利，而楼房一体化BIPV系统对高层写字楼有利。针对这些特点，研究了屋顶BAPV与楼宇一体化BIPV系统混合安装的能耗降低效果。在混合安装的情况下，如图15所示，与仅应用屋顶安装的BAPV系统相比，低层和高层办公楼的能耗都可以降低。这可以看作是将BIPV系统中持续保持的节能趋势与屋顶安装的BAPV系统的低水平节能的良好趋势相结合的结果。然而，即使在混合安装的情况下，随着高度的增加，能量的减少也相对减少，就像屋顶安装的BAPV系统一样。这是因为安装在屋顶上的BAPV系统对节能的影响很小，因为它变得更高。

图 15.使用 BAPV 和 BIPV 混合进行能耗降低分析

图16和图17是根据高层写字楼分析各BIPV系统和BAPV系统对能耗降低的影响的结果。图 13 显示了窗户更换 BIPV 系统和屋顶安装的 BAPV 系统混合的案例。条形图显示了由于每个窗户更换BIPV系统的影响，无论高层建筑如何，都倾向于不断降低能耗。另一方面，在屋顶安装的BAPV系统的情况下，随着其变高，对降低能耗的贡献往往会减少。

图 16.窗户更换BIPV和屋顶BAPV的混合安装

图 17.外墙更换BIPV和屋顶BAPV的混合安装

图 14 显示了屋顶安装的 BAPV 系统对降低能耗的贡献，类似于窗户更换 BIPV 系统，当安装具有外墙饰面的 BIPV 系统和屋顶安装的 BAPV 系统时。因此，与其安装屋顶安装BAPV和楼宇一体化BIPV系统的混合安装来增加发电量，不如首先考虑低层规模的屋顶安装BAPV系统和高层规模的建筑一体化BIPV系统，从而确定能够确保经济可行性的安装类型。

建筑一体化BIPV系统占总发电量的比重呈上升趋势，而屋顶安装的BAPV系统则呈逐渐下降趋势。在互图相交的点上，大部分交点发生在低层尺度上，因为建筑一体化BIPV的发电量与屋顶安装的BAPV的发电量相反。因此，从上图可以看出，屋顶安装的BAPV系统在低层尺度上可以相对有效，但建筑一体化BIPV系统在高层尺度上是有效的。

BIPV组件中光伏功率转换的可变效率从15%到18%不等，极大地影响了这些系统的整体影响。这种变化在我们的评估中起着至关重要的作用，因为在最佳条件下更高的效率会带来更大的能源生产，从而增强建筑物的可持续性。相反，在不太理想的条件下效率较低，因此需要一种细致入微的方法将BIPV集成到建筑设计中，同时考虑美学、功能和能源生产目标之间的平衡。

需要进一步的研究来探索BIPV系统的长期物理和环境影响。这包括研究BIPV发电引起的热特性变化，并评估BIPV材料在不同气候条件下的耐久性。这些研究将有助于推进BIPV系统在不同建筑环境中的应用。

4. 结论

本研究全面分析了建筑一体化光伏（BIPV）系统在高层办公楼能效中的应用。通过一系列评估，我们探讨了不同BIPV配置的有效性及其对能源消耗的影响，为在城市结构中实施光伏系统提供了借鉴。

•BIPV系统的实际应用表明，高层办公楼的节能潜力巨大。

•通过在高层办公楼中使用屋顶安装的BAPV的分析表明，随着建筑规模的增加，BAPV节能降耗表现降低。该研究表明，BIPV系统在迪拜有更广泛的应用潜力，在适应性和效率方面优于固定式BAPV。

•与传统办公楼相比，窗户更换、外墙饰面和混合 BIPV 系统等替代方案的供暖和制冷能耗更低。

•通过BIPV发电可以减少总能耗。即使由于在每层楼的立面上安装了BIPV，高层建筑的规模增加，这种减少也保持不变。

•对于高层写字楼，用透光非晶薄膜光伏、双层Low-E或三层Low-E窗户代替窗户，或用晶体光伏代替外墙材料，或这些组合，被证明是有效的。

•屋顶安装BAPV和楼宇一体化BIPV系统的组合表明，楼宇一体化BIPV系统在高层办公楼中更有效。

作者：Gamal El Samanoudy, Naglaa Sami Abdelaziz Mahmoud, Chuloh Jung