本研究由哈尔滨工业大学建筑与设计学院的王宇博、郭继伟、刘艳芳、姜益强和孙澄，以及英国巴斯大学的郭继伟共同完成。论文发表于 Energy Conversion and Management 期刊第352卷，文章编号121133，于2026年1月22日被接受，并于2026年1月28日在线发表。研究团队提出并实验验证了一种集成光伏（photovoltaic, PV）、相变材料（phase change material, PCM）和辐射冷却（radiative cooling, RC）的新型百叶窗系统，旨在解决建筑一体化光伏（building-integrated photovoltaic, BIPV）系统中温度升高导致发电效率下降的问题。
随着建筑能耗在全球总能耗中占比持续上升，窗户和玻璃幕墙作为建筑围护结构中的薄弱环节，对运行能耗的贡献可达40%。将光伏技术集成到建筑构件中，如遮阳系统和窗户，已成为降低建筑碳排放的有效途径。然而，光伏组件在工作过程中温度每升高1°C，其发电效率会下降0.4%至0.5%。传统的水冷等冷却方法在建筑立面应用中面临安装和维护困难。相变材料可以通过吸收热量来抑制组件温升，但其夜间再生问题一直未得到充分解决。辐射冷却技术能够将热量以红外辐射形式散发到外太空，为加速PCM夜间再生提供了可能。因此，本研究旨在开发一种PV-PCM-RC集成百叶窗系统，白天利用PCM吸收热量抑制光伏组件温升，夜间通过RC加速PCM凝固再生，从而实现昼夜循环的热管理策略，提高光伏组件的发电稳定性和效率。
本研究的实验工作分为两个主要案例。案例1旨在探讨填充PCM对PV百叶窗温升抑制效果的影响，对比了填充PCM的百叶窗和未填充PCM的百叶窗在相同辐射冷却条件下的表现。案例2则聚焦于不同冷却方式对填充PCM百叶窗性能的影响，将辐射冷却主导模式与自然冷却主导模式进行对比。每个案例均在0°、15°、30°、45°、60°和75°六种不同百叶窗倾角下进行测试。PV百叶窗由柔性非晶硅光伏薄膜、不锈钢腔体和PCM组成，PCM选用相变温度为42°C的石蜡，每个百叶窗填充180克。RC薄膜为二氧化硅基底，在大气窗口波段的发射率约为0.93。实验中，加热阶段使用长弧氙灯模拟太阳辐射，水平辐照度维持在1196 W/m²，持续20分钟；冷却阶段通过翻转百叶窗使RC面朝向冷却板，辐射冷却持续100分钟。温度测量采用四线制PT1000热电阻，电压、电流和功率通过MPPT太阳能控制器采集。
在PCM热管理效能方面，实验结果显示，在加热阶段，未填充PCM的百叶窗温度上升速率明显快于填充PCM的百叶窗。在六种倾角下，填充PCM的百叶窗平均温升速率相比未填充PCM的百叶窗降低了14.24%至19.42%。PCM的引入使光伏侧温度峰值降低了2.18°C至2.28°C。在冷却阶段，未填充PCM的百叶窗冷却速率更快，而填充PCM的百叶窗由于PCM在冷却过程中发生相变并储存冷能，冷却持续时间延长了24.48%至27.66%。这表明PCM不仅能有效抑制温升，还具有更强的热能储存能力，但同时也意味着冷却时间较长，需要额外的冷却措施来加速再生。
在辐射冷却性能方面，在所有测试倾角下，辐射冷却的持续时间均短于自然冷却。与自然冷却相比，辐射冷却的冷却时间缩短了14.33%至34.67%。在0°倾角时，百叶窗与辐射冷却板之间的有效辐射换热面积最大，冷却性能提升达到最大值34.67%。随着倾角从0°增加到75°，由于百叶窗向冷却板的投影面积减小，净辐射冷却功率持续下降。通过斯特藩-玻尔兹曼定律和基尔霍夫定律计算得到的辐射冷却功率在0°时为32.54 W，在75°时仅为9.87 W，与冷却时间分析结果一致。这说明较小的百叶窗倾角有利于辐射冷却性能的发挥。
在发电性能分析方面，填充PCM和未填充PCM的PV百叶窗在相同倾角下的初始电压、电流和输出功率高度一致，表明初始发电性能主要受倾角影响。倾角越大，有效辐照度越低，电流和功率越小。在整个加热过程中，电压、电流和功率均呈下降趋势，但未填充PCM的百叶窗衰减更快，而填充PCM的百叶窗衰减更平缓。在所有倾角下，填充PCM的百叶窗功率衰减率均低于未填充PCM的百叶窗。例如在0°倾角时，填充PCM的功率衰减为6.3%，而未填充PCM为9.8%；在75°倾角时，两者分别为15.2%和21.6%。功率损失的减少归因于PCM吸收了热量，抑制了温升，从而缓解了光伏组件因温度升高导致的效率下降。
在因素影响分析方面，多重线性回归模型被用于量化倾角和PCM对发电性能的影响权重。结果表明，倾角对发电性能的影响权重为54.77%，PCM为45.23%，两者差异仅为9.54个百分点。基尼系数为0.095，接近完全均衡，说明倾角作为主动调节因素和PCM作为被动调节因素对发电输出的影响几乎同等重要。对于冷却过程，倾角的影响权重为23.46%，冷却措施的影响权重为76.54%，后者是前者的3.26倍，基尼系数高达0.531，表明冷却过程完全由冷却措施主导，倾角仅起辅助作用。
本研究的核心结论包括：PCM能够在所有测试倾角下将光伏侧温度峰值降低2.18°C至2.28°C，并将功率衰减降低3.5%至6.4%；辐射冷却相比自然冷却能够将冷却时间缩短14.33%至34.67%，在0°倾角时达到最大提升；倾角和PCM对发电性能的贡献率分别为54.77%和45.23%，而冷却过程中辐射冷却措施的贡献率高达76.54%，远超过倾角的影响。PV-PCM-RC百叶窗系统为BIPV应用提供了一种可行的昼夜热管理循环方案，既能抑制光伏组件温升和功率衰减，又能加速PCM再生。
本研究的创新和亮点在于提出了一种全新的PV-PCM-RC集成百叶窗系统，将PCM的白天热缓冲能力与辐射冷却的夜间加速再生能力有机结合。该系统采用模块化设计，所有材料均为市售产品，制造工艺相对简单，易于在建筑立面中部署。与已有研究相比，该系统不仅实现了持续的温度调节和效率提升，还强调了循环间的性能稳定性，为BIPV系统中的光伏组件热管理提供了更为全面的解决方案。
研究也存在一定的局限性。当前实验结果基于室内受控环境，未能完全反映实际室外气象条件的影响，如风速、环境温度和天空状况的变化。未来研究应着重于野外验证以及气候适应性的百叶窗倾角和运行时序控制策略，以进一步推动该技术在实际建筑中的应用。