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光伏组件遮阴对光伏农业系统光环境及无花果产量影响分析 张 龙1 2 3 吴翠南1 3 鲍恩财1 2 3 龚剑晖1 王芽芽1 杨 晨4 许桂俊4 王 励5 邓 力5 1 江苏省农业科学院农业设施与装备研究所 南京 210014 2 南京农业大学工学院 南京 210031 3 农业农村部长江中下 游设施农业工程重点实验室 南京 210014 4 深能南京能源控股有限公司 南京 211225 5 长江三峡集团江苏能源投资有限公 司 江苏 南京 210019 摘 要 为保证光伏农业项目中的光伏发电效益 通常在农业用地上铺设大量的光伏组件 日间 光伏组件会遮挡太阳 光线并在农业用地上产生较大的遮阴面积 为探明光伏组件遮阴对光伏农业系统内部光环境 阴影宽度 作物叶片光合 特性和产量的影响 以江苏南京地区光伏组件下沿边缘距离地面垂直高度 以下简称光伏组件铺设高度 为2 5 3 2 3 9 m的光伏农业系统为试验对象 测试了光伏农业系统内部光伏阵列板下和板间种植区域的太阳辐射强度 计算分析 了光伏组件遮阴形成的阴影宽度在1 a中的变化规律 研究了光伏阵列板间种植区域无花果的产量和叶片光合特性差异 结果表明 试验期间光伏阵列板间种植区域的采光率保持在55 4 68 9 是光伏阵列板下种植区域的2 1 3 3倍 在3种光伏组件铺设高度下 光伏阵列板间种植区域的采光率随着光伏组件铺设高度的增加而降低 光伏阵列板下种植 区域相反 无花果全生育期内 光伏组件遮阴宽度随纬度 光伏组件铺设高度增大而增大 光伏组件遮阴导致各处理的 无花果平均产量较露天对照减少了19 9 48 9 且叶片的光合特性能较好地反映各处理间的产量差异 较低的光伏 组件铺设高度能有效提高无花果叶片的净光合速率和气孔导度 从而减轻光伏组件遮阴导致的光合抑制 综上 与光伏 组件铺设高度为3 2 m和3 9 m的光伏农业系统相比 光伏组件铺设高度为2 5 m的光伏农业系统内部光环境更好 遮 阴宽度更窄 能较好地降低无花果产量的减产幅度 在各地的光伏农业项目中具有一定的实用价值 关键词 农业 光伏 光伏组件 光照 阴影 产量 doi 10 11975 j issn 1002 6819 202407202 中图分类号 S214 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2024 23 0294 09 张龙 吴翠南 鲍恩财 等 光伏组件遮阴对光伏农业系统光环境及无花果产量影响分析 J 农业工程学报 2024 40 23 294 302 doi 10 11975 j issn 1002 6819 202407202 http www tcsae org ZHANG Long WU Cuinan BAO Encai et al Effects of photovoltaic module shading on internal light environment and fig Ficus carica L yield in agrivoltaic systems J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2024 40 23 294 302 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 202407202 http www tcsae org 0 引 言 光伏农业系统是将太阳能发电与农业生产有机耦合 的新型发展模式 随着可再生能源的推广和农业现代化 的需求 该模式在全球范围内得到了快速发展 1 2 2021 年的国际光伏农业大会指出 中国已成为光伏农业模式 发展最好的国家之一 农光一体总装机容量位居世界第 一 3 目前 光伏农业项目在中国3种类别的太阳能资 源区均有应用推广 为光伏产业发展和乡村振兴作出了 重要贡献 4 5 在农业用地上建设的光伏阵列是光伏农业系统的主 体结构 其主要由光伏组件与支撑部件等组成 具体包 括固定支架 柔性支架与跟踪式支架3种光伏阵列类 型 6 7 鉴于施工成本及设备运行的可靠性 目前绝大部 分的光伏农业项目会优先选用固定支架的安装方案 6 为充分保障光伏农业系统中农业生产的土地利用率和机 械化率 中国江苏 云南等省份相继发文要求光伏农业 项目的光伏组件在具有一定的倾角下 设计足够的铺设 高度以保证农业的正常生产 通过调研发现 截至2024 年6月 已有江苏 陕西等13个省份对光伏农业系统中 光伏组件下沿边缘距离地面的垂直高度 以下简称光伏 组件铺设高度 做了强制性规定 其中江苏等大多省份 的光伏农业项目最低光伏组件铺设高度为2 5 m 虽然最低光伏组件铺设高度在一定程度上保障了农 业的生产 但是仍有大量的光伏农业项目在实际生产过 程中存在 重光轻农 的现象 8 9 在光伏农业项目规划 建设时 铺设的大量光伏组件会产生较大的遮阴面积与 收稿日期 2024 07 22 修订日期 2024 10 11 基金项目 宁夏回族自治区重点研发计划项目 2023BCF01022 中国三 峡新能源 集团 股份有限公司科研项目 合同编号 32010105 深圳 能源集团股份有限公司科研项目 0309 NKRC 技开 2023 0030 农业与 能源互补互促技术与应用研究 37 2023 QQ 49 Q0001 作者简介 张龙 博士生 研究方向为新能源农业环境工程与装备 Email 18862072387 通信作者 鲍恩财 博士 副研究员 研究方向为农业生物环境与能源 工程 Email baoencai1990 中国农业工程学会高级会员 鲍恩财 E041200295S 第 40 卷 第 23 期农 业 工 程 学 报Vol 40 No 23 294 2024 年 12 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Dec 2024 网络首发时间 2024 11 29 13 19 45 网络首发地址 动态阴影带 从而影响光伏农业系统内部的光环境 最 终影响农作物的产量 这在一定程度上限制了光伏农业 产业的发展 10 12 针对上述情况 国内外学者对光伏农 业系统内部的光环境进行了深入研究 西北农林科技大 学邹志荣团队以光伏日光温室为研究对象 探究了光伏 组件遮阴对室内光环境及番茄生长的影响 13 浙江大学 郑荣进团队分析了光伏茶园中固定支架与跟踪式支架的 光伏组件遮阴对茶园内部光环境及茶树生长的影响 14 SANTRA等 15 以3种光伏组件铺设密度的光伏阵列为研 究对象 研究了光伏组件遮阴对3种光伏农业系统内部 光量子通量密度的影响 江苏省农业科学院鲍恩财团队 结合传感器配置策略和光伏农业系统空间结构特征 揭 示了光伏组件铺设高度为3 2 m的光伏农业系统内部光 环境在夏 冬两季的变化规律 16 17 上述研究有效表征了光伏农业系统内部的光环境特 征 不过未从光伏组件铺设高度这一结构参数对其内部 太阳辐射强度的变化规律进行研究 另外 光伏组件在 光伏农业系统内产生的阴影带随时间变化而变化 关于光伏 农业系统中光伏组件遮阴宽度的动态变化规律亦未见报 道 目前对农业建筑中阴影动态变化规律的研究仅局限 在连栋温室天沟 18 日光温室固定保温被 19 等结构 已有研究发现光伏组件遮阴对甘薯 20 小麦 21 蔬 菜 22 及猕猴桃 23 等作物的产量均会造成负面影响 而 无花果 Ficus carica L 是一种适应性强 耐旱 耐荫 挂果早 产量高 抗病性好且栽植容易的经济性苗木 在江苏 云南 陕西和湖南等地均有种植 能较好适应 光伏农业系统内部的复杂环境 24 25 故本研究以栽植无 花果树的光伏农业系统为研究对象 通过试验测试分析 光伏组件铺设高度对光伏农业系统内部太阳辐射强度的 影响 根据太阳直射辐射理论计算光伏组件遮阴宽度 并对受不同光伏组件铺设高度和地理位置影响而形成的 阴影宽度进行分析 同时从光伏组件遮阴的角度定量分 析光伏组件铺设高度对无花果产量和叶片光合特性的影响 1 材料与方法 1 1 试验光伏农业系统描述 供试光伏农业系统位于江苏省南京市溧水区的光伏 农业园区 31 62 N 119 18 E 该园区于2016年建 成 占地约47 hm2 包含8个光伏阵列片区 总装机容 量为20 MW 每年可发电约2 400万kW h 供试光伏农 业阵列 以下简称光伏阵列 坐北朝南 跨度为6 8 m 采用横向4排光伏组件紧密排布方式 如图1所示 光 伏组件的铺设高度均不低于2 5 m 垂直投影比例 光伏 组件在农田上的垂直投影总面积 架设光伏组件的农田面 积 为53 3 由混凝土预制桩等结构支撑 安装倾角 为24 材料为265 Wp多晶硅 光电转换效率为16 3 单块光伏组件尺寸为1 640 mm 992 mm 35 mm 为保证光伏农业系统内部的采光率和机械化作业空 间 目前江苏省现存光伏农业项目的光伏组件铺设高度 区间为2 5 4 0 m 基于此 本研究选取了光伏组件铺 设高度为2 5 3 2 3 9 m的3种光伏农业系统 除光伏 组件铺设高度外 供试光伏农业系统的其他结构和材料 参数完全一致 a 光伏农业系统内景 a Interior view of agrivoltaic system b 光伏农业系统外景 b Exterior view of agrivoltaic system 图1 试验光伏农业系统 Fig 1 Experimental agrivoltaic systems 1 2 栽植果树 2019年初在供试光伏阵列内部南北向居中位置 沿 东西向栽植了单行矮化无花果 品种 青皮 如图1a 所示 无花果树株间距约3 0 m 株高约1 0 m 冠幅约 2 5 m 栽植密度约490株 hm2 每年9 10月为采收期 1 3 试验设计 1 3 1 种植区域光环境 结合无花果株高等生长参数 距地面1 0 m高度的 太阳辐射强度大小及分布情况是评价光伏农业系统内部 光环境的重要指标 基于此 本文监测的光环境因子包 括2 5 3 2 3 9 m的光伏组件铺设高度下 分别对应为 H2 5 H3 2 H3 9 光伏农业系统内部的太阳辐射强度 其中分为光伏阵列板下种植区域 U 和板间种植区域 B 2个部分 同时 在系统外部开阔地设置气象站 同步监测露天 CK 的太阳辐射强度 具体种植区域分 类及测点布置如图2所示 本文以单跨光伏阵列北侧板 下种植区域的太阳辐射强度测点数据作为评价光伏阵列 板下种植区域太阳辐射强度的数据来源 试验时间为 2023年无花果的全生育期 即2023年4月1日 2023 年9月30日 测试仪器采用HOBO系列传感器 所有传感器进行 全天监测 数据记录时间间隔为10 min 研究所用的太 阳辐射强度传感器为太阳总辐射传感器 S LIB M003 Onset Computer Crop公司 美国 精度为 10 W m2 由HOBO微型气象站 H21 USB Onset Computer Crop 公司 美国 采集 钟坤炎等 26 在研究全年太阳辐射规 律时 明确中国夏半年地方时06 00前为太阳升起时段 18 00后为太阳落下时段 基于此 本研究定义夏季白昼 时间段为06 00 18 00 夜间时间段为18 00至次日06 00 采光率作为光环境的重要评价指标 在各类建筑的 光环境分析中都有应用 张勇等 27 将日光温室内测点光 照度均值与室外测点光照度均值的比值作为透光率来评 价日光温室采光性能 基于此 本文结合光环境试验 规定以光伏农业系统内部测点的太阳辐射强度平均值与 外部太阳辐射强度平均值的比值作为该测点的采光率 以某一测点在多个时间段下采光率的均值作为该测点的 平均采光率 将采光率和平均采光率作为光伏农业系统 内部光环境的评价指标 并通过式 1 2 计算 第 23 期张 龙等 光伏组件遮阴对光伏农业系统光环境及无花果产量影响分析295 H 3 400 3 968 6 150 1 000 光伏阵列板下 种植区域 北 North 光伏阵列板间 种植区域 光伏板 Photovoltaic panel 混凝土预制桩 Precast concrete pile 斜支撑架 Inclined support frame 监测场景Monitoring scene Planting area under the PV panels Planting area between the PV panels 注 数据单位 mm H 为光伏组件铺设高度 m Note The data unit mm H represents the vertical distance between the lower edge of the photovoltaic module and the ground m 图2 试验测点布置图 Fig 2 Layout of test points Rd 1k k k 1 Eink 1k k k 1 Eoutk 1 Ravg 1j j j 1 Rdj 2 式中Ein为内部太阳辐射强度的测量值 W m2 Eout为外 部太阳辐射强度的测量值 W m2 Rd为试验期间日采光 率 Ravg为试验期间平均采光率 k为太阳辐射 强度数据日记录条数 j为试验天数 d 1 3 2 作物产量 光合特性 为探究光伏组件遮阴对作物产量和光合特性的影响 本研究对光伏农业系统内部无花果产量和叶片光合特性 进行测定分析 本试验以光伏组件铺设高度为试验因素 设置H2 5 H3 2 H3 9共3种处理 以露天种植为对照 CK 在每个高度下选取5棵生长状况良好 具有代 表性的果树进行挂牌 试验的所有处理在同一块大田 氮 磷 钾肥用量相同 试验期间除施肥外 不涉及其 他农艺措施 在产量对比试验中 于9月份果实成熟期对每个处 理的挂牌果树进行一次性采收并统计果数 同时在每个 处理下各选取果树外围中部长势一致且无病虫害的成熟 果实15个 并现场进行单果质量等产量构成指标测定 在光合参数对比试验中 于9月份果实成熟期使用 LI COR 6800型便携式光合仪 LI COR公司 美国 测 定无花果树冠面中间位置叶片的光合特性 光合仪参数 设定为环境温度25 相对湿度为50 光量子通量强 度为1 000 mol m2 s CO2浓度为400 mol mol 测定 系统采用开放式气路 自然光源 每个处理选取长势一 致 生长良好的3棵果树 重复3次 取均值 测定的 叶片光合参数包括净光合速率 Pn 气孔导度 Gs 蒸腾速率 Tr 和胞间CO2浓度 Ci 1 4 数据处理 光伏组件铺设高度对无花果产量及叶片光合特性的 影响采用单因素方差分析 差异显著性检验采用Duncan 新复极差法 根据云量的观测情况和日照时数 将试验 期间的天气类型划分为晴天 阴天和雨天 28 采用 Microsoft Excel 2010软件对试验数据进行计算和绘图 采用SPSS 20统计软件进行统计分析 2 光伏组件遮阴宽度的确定方法 2 1 光伏组件遮阴宽度定义 为研究光伏组件在光伏农业系统内形成的阴影宽度 现将遮阴宽度d进行如下定义 单侧光伏组件在光伏阵 列间隔处地面上的投影宽度 OP 如图3所示 为明确受光伏组件尺寸和铺设高度等因素影响的光 伏组件遮阴宽度计算方法 提出如下假设 1 光伏组件 只对直射光产生阻挡 散射光在阵列内部任一个方向上 具有相同的辐射强度 2 两侧光伏组件之间种植区同一 时间内只受单侧或双侧光伏组件遮阴的影响 3 阵列尺 寸 光伏组件数量不受限制 光伏阵列长度在东西方向 上无限延伸 4 光伏组件的结构 材料一致且透光率默 认为0 5 光伏组件上下对称截面为宽度忽略不计的矩 形 6 光伏阵列的垂直立剖面与正南方向的夹角 方位 角 默认为0 2 2 光伏组件遮阴宽度计算方法 太阳高度角h是指太阳直射光线入射方向与地平线 的夹角 h可由式 3 计算求得 29 sinh sin sin cos cos cos 3 式中 为当地北纬纬度 为太阳赤纬角 为太阳时角 太阳赤纬角 可由式 4 计算求得 30 23 45 sin 360 284 N365 4 式中N为日序数 当日期是1月1日时 N 1 1 N 365 时间角度 可由式 5 计算求得 30 296农业工程学报 http www tcsae org 2024 年 H O h A P B N X Y Z 光伏板 Photovoltaic panel 混凝土预制桩 Precast concrete pile s W 注 A为光伏组件东北侧顶点与太阳光线的交汇点 B为太阳光线透过A点 在地面上的投影点 O为A点在地面上的垂直投影点 P为B点在Y轴上的 垂直投影点 W为单侧光伏组件的宽度 m H为光伏组件铺设高度 m 为光伏组件的倾角 s为太阳方位角 h为太阳高度角 Note A represents the point where direct sunlight meet the northeast vertex of the photovoltaic PV panel B represents projection point on the ground of direct sunlight through point A O represents vertical projection point on the ground of point A P represents vertical projection point on the Y axis of point B W represents the width of the single side PV module m H represents the vertical distance between the lower edge of the PV module and the ground m represents the inclination angle of the PV panel s represents the azimuth of the sun h represents the altitude angle of the sun 图3 光伏农业系统内部遮阴宽度的形成 Fig 3 The formation of internal shading width in an agrivoltaic system 15 Tr 12 5 式中Tr为真太阳时 Tr可由式 6 计算求得 Tr t 120 15 e60 6 式中t为北京时间 为当地经度 时差e可由式 7 计算求得 e 9 87sin2A 7 53cosA 1 5sinA 7 式中A为常数 A可由式 8 计算求得 A 360 N 81 364 8 太阳方位角 s 是指太阳光线在地平面上的投影与当 地子午线的夹角 s可由式 9 计算求得 29 cos s sin h sin sin cos h cos 9 为便于计算光伏组件在光伏农业系统内形成的阴影 宽度 本研究以光伏组件东北角边缘点在地面上的垂直 投影点作为坐标轴原点建立了三维坐标系 如图3所示 光伏阵列遮阴阴影的形成过程为 某时刻 太阳直射光 线以平行于AP的角度入射至系统内部 经光伏组件遮 挡后在地面形成实际阴影宽度OB 其在南北方向的投影 长度OP为光伏组件在两排光伏阵列间隔处遮阴的宽度 Ls 根据太阳位置参数 地理位置参数和几何关系 Ls可由式 10 计算求得 Ls W sin H coth cos s 10 3 结果与分析 3 1 光热环境特性分析 3 1 1 太阳辐射强度 图4显示了3个光伏组件铺设高度下光伏农业系统内 日平均太阳辐射与采光率的变化 H2 5 H3 2和H3 9 处理下 光伏阵列板间与板下2个种植区域日平均太阳 辐射强度变化范围分别为51 6 432 7 28 4 82 3 W m2 47 6 439 2 33 4 108 6 W m2 40 3 448 5 34 9 113 5 W m2 平均采光率分别为 68 9 21 2 H2 5 65 2 24 1 H3 2 55 4 26 3 H3 9 由图4 可见 在3种光伏组件铺设高度下 光伏阵列板间种植 区域的平均太阳辐射强度和采光率随着光伏组件铺设高 度的增加而降低 光伏阵列板下种植区域相反 B U B U B U 0 0 太阳辐射强度 Solar radiation intensity W m 2 采光率Daylighting rate 太阳辐射强度 Solar radiation intensity W m 2 采光率Daylighting rate 太阳辐射强度测点 The measuring point of solar radiation intensity 100 80 60 40 20 300 250 200 150 100 50 H2 5 H3 2 处理Treatment H3 9 注 H2 5 H3 2 H3 9分别代表2 5 3 2 3 9 m的光伏组件铺设高度 B 为光伏阵列板间种植区域 U为光伏阵列板下种植区域 Note H2 5 H3 2 and H3 9 represent the vertical height of the lower edge of the PV module from the ground which are 2 5 3 2 and 3 9 m respectively B represents the planting area between PV modules U represents the planting area under PV modules 图4 光伏农业系统内部太阳辐射强度变化 Fig 4 Variation of solar radiation intensity in agrivoltaic systems 为深入了解不同光伏组件铺设高度的光伏农业系统 内部光环境变化特征 本研究选择晴天 7月12日 雨天 7月13日 和阴天 7月14日 的太阳辐射强 度数据进行分析 其逐时变化特征如图5所示 数据显 示 3种天气条件下各测点曲线具有较高的一致性 均 呈现先上升后稳定波动达到峰值 最后下降变为0的 变化趋势 且各曲线峰值对应的时间节点基本一致 所 有测点的太阳辐射强度在12 00 14 00来回波动达到最 大值 晴天条件下 CK日平均太阳辐射强度为477 9 W m2 H2 5 H3 2 H3 9的光伏阵列板间和板下种植区域日 平均太阳辐射强度分别为336 8 75 8 W m2 323 3 84 2 W m2 315 4 90 5 W m2 由此可见 晴天条件下 3种光伏组件铺设高度的光伏阵列板下和板间种植区域 采光率变化区间分别为21 5 24 7 66 1 70 5 故光伏阵列板间种植区域平均采光率比整体试验期间略 高 光伏阵列板下种植区域相反 第 23 期张 龙等 光伏组件遮阴对光伏农业系统光环境及无花果产量影响分析297 3 2 光伏组件遮阴宽度计算 由式 10 可知 遮阴宽度会受到光伏组件宽度 光伏组件倾角 光伏组件铺设高度 太阳高度角和太阳 方位角5个参数的影响 其中 太阳方位角 太阳高度 角受到光照时间 所在地理位置的影响 光伏组件宽度 和光伏组件倾角因发电效率 发电容量等客观原因在同 一地区任一光伏农业项目上基本是固定的 而光伏组件 铺设高度会因地形及防洪标高一致性等因素存在差异 基于此 本文从不同的地理位置和光伏组件铺设高度这 两个参数入手 计算分析其对光伏农业系统内光伏组件 遮阴宽度的影响 为了量化光伏组件遮阴的宽度 本文 在计算时间范围上 取1个季度为1个时间跨度 共4 个跨度 0 1 200 1 000 800 600 400 200 06 00 12 00 18 00 00 00 06 00 12 00 18 00 06 00 12 00 18 0000 00 2023 07 12 晴天Sunny day 雨天Rainy day 阴天Cloudy day 2023 07 13 2023 07 14 露地对照区域Control area of the open field 板间种植区域Planting area between photovoltaic modules 板下种植区域Planting area under photovoltaic modules a 2 5 m 时刻Time 2023 07 12 晴天Sunny day雨天Rainy day阴天Cloudy day 2023 07 13 2023 07 14 0 1 200 1 000 800 600 400 200 06 00 12 00 18 00 00 00 06 00 12 00 18 00 06 00 12 00 18 0000 00 b 3 2 m 时刻Time 2023 07 12 晴天Sunny day雨天Rainy day阴天Cloudy day 2023 07 13 2023 07 14 0 1 200 1 000 800 600 400 200 06 00 12 00 18 00 00 00 06 00 12 00 18 00 06 00 12 00 18 0000 00 c 3 9 m 时刻Time 太阳辐射强度 Solar radiation intensity W m 2 太阳辐射强度 Solar radiation intensity W m 2 太阳辐射强度 Solar radiation intensity W m 2 图5 不同天气条件下不同光伏组件铺设高度的光伏农业系统 内部太阳辐射强度变化 Fig 5 Variation of solar radiation intensity in agrivoltaic systems with different PV panel heights under different weather conditions 3 2 1 地理位置对遮阴宽度的影响 不同地理位置的经纬度不同 其中 经度会影响当 地真太阳 纬度会影响当地太阳高度角 从而导致遮阴 宽度存在差异 由于无花果在江苏 云南 陕西和湖南 等省份均有大面积种植 且4个省份的最低光伏组件铺 设高度均为2 5 m 故选择江苏 云南 陕西和湖4个 省份 并以4个省份的省会城市为对象分析地理位置对 遮阴宽度的影响 暂不考虑光伏组件铺设高度造成的影 响 即默认光伏组件铺设高度为2 5 m 且不同地理位置 的光伏阵列尺寸与试验光伏阵列相同 上述地区的光伏 组件遮阴宽度在整点时刻的平均值如表1所示 由表1 可见 光伏组件周年遮阴宽度整体呈现先下降再上升的 变化趋势 变化差异明显 在南京 无花果生育期内 4 9月 光伏组件遮阴宽度均值为0 81 m 最大值 出现在中午12 00 下午遮阴宽度均值较上午大0 13 m 在昆明 西安和长沙 无花果生育期内 4 9月 光 伏组件遮阴宽度均值分别为0 52 0 88和0 65 m 最大 值均出现在13 00 下午遮阴宽度均值较上午分别大1 17 1 24和0 69 m 同时结合4地地理位置可以发现 同 一时刻下不同地理位置的光伏组件遮阴宽度差异较大 且在无花果全生育期内光伏组件遮阴宽度随纬度增大而 增大 3 2 2 光伏组件铺设高度对遮阴宽度的影响 为研究不同光伏组件铺设高度对遮阴宽度的影响 选择2 5 3 2 3 9 m的3种光伏组件铺设高度对遮阴宽 度进行分析 默认光伏阵列的结构参数除光伏组件铺设 高度外均相同 由表1可见 当光伏组件铺设高度越高 时 南京 昆明 西安和长沙4地在任一时间段内遮阴 宽度均越大 且下午遮阴宽度均值大于上午 无花果生 育期内 当光伏组件铺设高度由2 5 m增高至3 9 m时 南京 昆明 西安和长沙4地遮阴宽度均值增幅分别为 34 0 34 0 34 2 和34 1 同时 以2 5 m的光伏 组件铺设高度为例 无花果生育期内南京 昆明 西安 和长沙4地的最大遮阴宽度占光伏阵列板间种植区域宽 度的比例分别为34 6 25 5 36 9 和29 3 3 3 作物产量及光合特性分析 3 3 1 果实产量及其构成 光伏组件铺设高度对无花果产量及其构成的影响如 表2所示 由表2可知 光伏农业系统内部各处理的产 量均显著 P 0 05 低于露天对照 且光伏组件铺设高 度对无花果产量及其构成指标的影响均达到显著水平 P 0 05 与露天对照相比 H2 5 H3 2和H3 9的 产量分别减少了19 9 33 8 和48 9 由此可见 无 花果产量随着光伏组件铺设高度的增加而降低 H2 5较 H3 2和H3 9分别增产13 9 和29 0 在产量构成因素 方面 各处理的单果质量和果数均显著 P 0 05 低于 露天对照 且各处理间差异显著 P 0 05 与露天对 照相比 H2 5 H3 2和H3 9的单果质量分别降低了 13 4 22 6 和34 0 果数分别减少了7 4 14 3 和22 5 由此可见 H2 5的无花果单果质量和果数等 产量构成指标表现最优 而H3 9的各产量构成指标表现 最差 298农业工程学报 http www tcsae org 2024 年 表 1 不同光伏组件铺设高度与地理位置对遮阴宽度的影响 Table 1 Effects of photovoltaic panels with different laying heights and geographical location on the shading width 月份 Months时刻Time 遮阴宽度 Shading width m 南京Nanjing 31 62 N 119 18 E 昆明Kunming 25 22 N 103 10 E 西安Xi an 34 10 N 108 40 E 长沙Changsha 27 90 N 112 53 E H2 5 H3 2 H3 9 H2 5 H3 2 H3 9 H2 5 H3 2 H3 9 H2 5 H3 2 H3 9 1 3 09 00 3 76 4 40 5 04 4 82 5 64 6 47 4 98 5 83 6 67 3 93 4 60 5 27 10 00 3 24 3 79 4 34 3 38 3 95 4 53 3 68 4 31 4 94 3 20 3 74 4 29 11 00 3 02 3 54 4 05 2 91 3 40 3 90 3 25 3 81 4 36 2 91 3 41 3 90 12 00 2 95 3 45 3 95 2 71 3 17 3 63 3 08 3 60 4 13 2 79 3 27 3 74 13 00 2 97 3 48 3 99 2 64 3 08 3 53 3 03 3 55 4 06 2 78 3 25 3 72 14 00 3 11 3 64 4 17 2 65 3 10 3 55 3 09 3 61 4 14 2 85 3 34 3 83 15 00 3 46 4 05 4 64 2 77 3 24 3 71 3 28 3 84 4 40 3 07 3 59 4 11 平均3 22 3 76 4 31 3 13 3 65 4 19 3 48 4 08 4 67 3 08 3 60 4 12 4 6 09 00 0 42 0 49 0 56 0 11 0 13 0 15 0 33 0 38 0 44 0 24 0 28 0 32 10 00 0 63 0 73 0 84 0 23 0 27 0 31 0 59 0 69 0 79 0 37 0 44 0 50 11 00 0 73 0 86 0 98 0 33 0 39 0 45 0 76 0 89 1 02 0 53 0 62 0 71 12 00 0 77 0 90 1 03 0 43 0 50 0 57 0 84 0 98 1 13 0 60 0 70 0 80 13 00 0 74 0 86 0 99 0 47 0 55 0 63 0 86 1 00 1 15 0 59 0 70 0 80 14 00 0 64 0 75 0 85 0 44 0 52 0 59 0 81 0 95 1 09 0 53 0 61 0 70 15 00 0 43 0 51 0 58 0 34 0 40 0 45 0 69 0 81 0 93 0 37 0 44 0 50 平均0 62 0 73 0 83 0 34 0 39 0 45 0 70 0 81 0 94 0 46 0 54 0 62 7 9 09 00 0 83 0 97 1 12 0 47 0 55 0 64 0 75 0 87 1 00 0 62 0 73 0 83 10 00 0 99 1 16 1 33 0 58 0 68 0 78 0 97 1 13 1 30 0 76 0 89 1 02 11 00 1 07 1 25 1 44 0 69 0 81 0 92 1 10 1 28 1 47 0 88 1 03 1 17 12 00 1 10 1 29 1 48 0 77 0 90 1 04 1 16 1 36 1 55 0 93 1 09 1 24 13 00 1 08 1 27 1 45 0 81 0 94 1 08 1 17 1 37 1 57 0 93 1 09 1 25 14 00 1 02 1 19 1 37 0 79 0 93 1 06 1 14 1 34 1 53 0 89 1 04 1 19 15 00 0 89 1 04 1 19 0 73 0 85 0 97 1 07 1 25 1 43 0 78 0 91 1 05 平均1 00 1 17 1 34 0 69 0 81 0 93 1 05 1 23 1 41 0 83 0 97 1 11 10 12 09 00 4 49 5 26 6 02 5 62 6 57 7 53 5 93 6 94 7 95 4 66 5 45 6 25 10 00 3 86 4 51 5 17 4 04 4 72 5 41 4 42 5 17 5 92 3 81 4 45 5 10 11 00 3 60 4 21 4 82 3 48 4 07 4 66 3 89 4 55 5 21 3 46 4 05 4 64 12 00 3 53 4 14 4 74 3 24 3 79 4 34 3 68 4 31 4 94 3 33 3 90 4 47 13 00 3 63 4 24 4 86 3 17 3 71 4 25 3 66 4 28 4 91 3 35 3 92 4 50 14 00 3 93 4 60 5 26 3 24 3 80 4 35 3 81 4 46 5 11 3 53 4 13 4 74 15 00 4 67 5 46 6 26 3 49 4 08 4 67 4 23 4 95 5 67 3 98 4 65 5 33 平均3 96 4 63 5 30 3 75 4 39 5 03 4 23 4 95 5 67 3 73 4 36 5 00 表 2 不同高度的光伏阵列对无花果果实产量及其构成的影响 Table 2 PEffects of PV panels with different laying heights on yield and composition of fig fruit 处理 Treatments 单果质量 Single fruit weight g 平均单株果数 Average number of fruits per plant 果实产量 Fruit yield t hm 2