江苏省农业科学院曹凯副研究员等:不同组件布置方式下光伏农业系统内光环境的模拟与分析

光伏农业作为一种新型的农业生产模式，在保障清洁能源产出的同时兼顾农业生产，已成为实现“双碳”目标的重要路径之一。然而，光伏组件的遮阴效应易导致系统内部光环境失衡，进而影响作物的光合作用效率与产量，制约光伏农业系统的协同增效。针对该问题，该研究以江苏省连云港市灌云县一处3.8 m高钢架支撑的光伏阵列为原型，研究全年不同光伏组件排布方式对系统内部光环境的调节机制，并揭示其光照时空分布特征。研究基于Rhino+Grasshopper参数化建模平台，结合Ladybug插件对全年光环境进行模拟，并通过实测数据验证模型的准确性。在此基础上，量化分析组件排布方式与垂直投影率对系统内部光合有效辐射（photosynthetically active radiation，PAR）、光均匀性指数（light homogeneity index，X_LHI）以及月均日光积分（daily light integral，DLI）分布的影响规律。

结果表明，垂直投影率是决定系统内部辐射总量和光照均匀性的重要参数，将垂直投影率从43.7%降低至29.2%，可使系统内部PAR提升18.3%～38.5%，同时显著改善光照分布均匀性，且夏季效果尤为明显；光伏组件的排布形式对光环境也有显著影响，双排布置相比单排在相同投影率下展现出更好的光照穿透性和均匀度，且当双排结构的纵向间距从0延伸至0.4 m时，夏季X_LHI最高提升10.3个百分点；光环境的空间差异随季节变化加剧，夏秋季板间区域光照明显高于板下区域，适宜采用空间分区种植策略，而冬春季光照较为均衡，更适合统一种植耐阴或中等需光作物。该研究提出的基于季节性光照分布特征与作物需光性匹配的光伏组件布置设计方法，可为光伏农业系统的结构布局规划与种植模式设计提供科学依据，能够提升系统的光能利用效率与农业产出，实现光伏发电与农业生产的协同增效。