中国一组科学家开发出一种新型智能光伏(SPV)窗户，它可以在校准进入建筑物的太阳辐射量的同时产生电能。
“我们的研究提出了一种 SPV 窗户及其运行控制策略，以同时提高建筑能源效率和电网友好性，”通讯作者 Yutong Tan 表示。“研究结果表明，与传统的低辐射 (Low-E) 窗户相比，采用热流控制策略的 SPV 窗户能够显著降低过度日光照度比、峰值负荷、平均每日峰谷差和年净能耗。”
该系统结合了晶体硅电池和电致变色膜。所提出的光电致变色装置 (PECD) 结合了光电功能(将阳光转化为能量)和电致变色 (EC) 功能(可以改变窗户的透明度并测量照射到建筑物上的太阳辐射)。
该窗口由透明玻璃盖板、功能层、透明玻璃基板、氩气腔和一片 Low-E 玻璃组成。EC 膜夹在玻璃的第二和第三表面之间，Low-E 涂层沉积在第五表面上。有效日光下方的区域配备 3 毫米薄条 11.6% 效率晶体硅。
“电致变色膜夹在两块透明基板之间，共有五层，两个透明电极、一个离子存储层、一个离子传导层和一个电致变色层，”该团队解释道。“当不施加电压时，电致变色膜处于漂白状态，可见光透过率最大。当给电致变色膜施加电压时，离子存储层的锂离子冲向电致变色层，电致变色层的三氧化钨遇到锂离子后开始着色。施加的电压越高，电致变色膜的颜色越深，可见光透过率越低。”
该结构在 Window 程序中构建，然后导出到建筑模拟软件 EnergyPlus。建筑尺寸为 50.0 m 长、4.6 m 深、2.7 m 高，窗墙比为 77%。模拟了建筑在 5 月至 10 月的中国城市福州、厦门、香港和海口的制冷季节的运行情况。最大月平均每小时太阳辐射分别为 482 W/m2、444 W/m2、468 W/m2 和 534 W/m2。
为所提出的智能窗创建了两种控制策略，即太阳辐射控制 (CtrlRad) 和热流控制 (CtrlFlux)。在 CtrlRad 中，着色状态根据入射太阳辐射阈值而变化，而在 CtrlFlux 中，着色状态根据通过窗户的热流密度而变化。此外，还模拟了常规 Low-E 窗作为参考。
学者们的分析显示，采用CtrlFlux控制策略的SPV窗与Low-E系统相比，可实现过高日照度比、峰值负荷、日均峰谷差、年净能耗分别降低81.6%~93.1%、49.3%~54.5%、54.7%~65.8%、49.1%~69.2%;采用CtrlRad控制策略的SPV窗与Low-E系统相比，可实现过高日照度比、峰值负荷、日均峰谷差、年净能耗分别降低92.1%~96.6%、50.9%~57.3%、44.0%~54.2%、44.0%~54.2%。
研究团队总结道：“考虑到有用的日光利用率、峰值负荷、峰谷差和净能耗，采用热流控制策略的 SPV 窗户表现优异，平均整体性能改善率为 55.5%。”Tan 博士补充道：“未来还将开展利用智能光伏窗户创造室内日光和热环境的研究。”
该系统发表在《应用能源》杂志上的一篇论文《评估包含晶体硅电池和电致变色膜的智能光伏窗户的能源效率和电网友好性》中。该系统由中国湖南大学和中国教育部建筑安全与节能重点实验室的科学家开发。
