光伏组件密度对光伏农业系统微环境及甘薯产量的影响_吴照学.pdf

农业生物环境与能源工程 光伏组件密度对光伏农业系统微环境及甘薯产量的影响 吴照学1 袁天韫1 2 鲍恩财1 2 焦 阳1 2 龚剑晖2 曹 凯2 张金鑫3 郭纪光3 王 励4 邓 力4 1 安徽农业大学工学院 合肥 230036 2 江苏省农业科学院农业设施与装备研究所 农业农村部长江中下游设施农业工程重 点实验室 南京 210014 3 中国电力工程顾问集团有限公司 北京 100029 4 长江三峡集团江苏能源投资有限公司 南京 210019 摘 要 光伏农业系统中组件铺设密度对作物生长环境的影响机制研究对优化农光互补模式具有重要意义 该研究通过 试验量化光伏组件密度对系统内光照 温湿度等微环境因子及甘薯产量的影响 为解决光伏电站与农业生产在光资源竞 争上的矛盾 实现光伏与农业双赢提供优化方案 该研究针对露地光伏阵列对作物微环境影响机制不明确的问题 选取 南京市溧水区典型农光互补示范基地为研究对象 基于其标准化的单跨光伏支架结构 跨度6 8 m 设置光伏板覆盖 密度梯度试验 设置50 0 半覆盖 75 0 高覆盖 100 0 全覆盖 3种光伏板覆盖处理组 并设置露天对照 区域 通过在单跨光伏阵列之间区分板下区域及板间区域 选取单跨光伏阵列中部区域为板间区域 北部区域为板下区 域 重点监测甘薯生育期内阵列内外太阳辐射强度和土壤温度变化情况 分析并明确不同铺设密度光伏组件铺设区域的 光热环境变化规律 结果显示 光伏组件的铺设密度对甘薯的微环境 产量和营养品质均有较显著影响 基本规律呈现 为随着铺设密度增加 甘薯生长区域的太阳辐射强度和土壤温度降低 全覆盖铺设使甘薯产量降低52 5 59 0 同 时降低结薯数 但半覆盖铺设对产量的影响较小 其中半覆盖条件下仅减产3 5 高覆盖密度铺设使甘薯淀粉和蛋白 质含量增加 其中蛋白质含量增加13 0 可溶性糖含量降低24 6 适度遮阴 50 0 及75 0 覆盖密度 对薯块营 养品质有积极作用 该研究通过量化光伏覆盖密度与作物生长的响应关系 为农光系统实现 发电 产量 品质 协同优 化提供了设计方向 对制定兼顾清洁能源生产与农业可持续发展的组件布局标准具有实践指导价值 关键词 光伏 农业 光伏阵列 甘薯 微环境 产量 品质 doi 10 11975 j issn 1002 6819 202505012 中图分类号 S214 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2025 22 0256 09 吴照学 袁天韫 鲍恩财 等 光伏组件密度对光伏农业系统微环境及甘薯产量的影响 J 农业工程学报 2025 41 22 256 264 doi 10 11975 j issn 1002 6819 202505012 http www tcsae org WU Zhaoxue YUAN Tianyun BAO Encai et al Analysis of the impact of photovoltaic module layout density on the light yhermal environment and sweet potato growth in agrivoltaic systems J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2025 41 22 256 264 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 202505012 http www tcsae org 0 引 言 在全球能源结构转型与农业可持续发展的双重背景 下 光伏农业作为一种 农光互补 创新模式 通过整 合光伏发电与农业生产 为解决能源短缺 降低农业碳 排放及提高土地利用效率提供了重要路径 1 随着中国 双碳 目标的推进 光伏设施在农业中的应用规模持 续扩大 然而 光伏组件在提供清洁能源的同时 其遮 阴效应会显著改变农田微环境 2 3 进而对作物生长 产 量 4 5 及相关生理指标形成复杂影响 6 7 为探究光伏在农业中的具体应用情况 国内外学者 在该领域开展了大量研究 取得了显著进展 早期研究 聚焦于干旱胁迫缓解这一核心命题 在光伏农业系统内 部环境研究方面 SCARANO等 8 通过在光伏区域的环 境中 对在不同供水条件下番茄果实生产进行了探究 结果表明光伏板下生长的番茄果实数量减少 但果实大 小和含水量增加 为干旱频发区域的可持续农业提供了 适应性解决方案 GNAYEM等 9 对比了不同光伏模块 对黄瓜生长及产量的影响 为温室农业光伏系统的技术 选型与优化提供了实证依据 以上研究标志着光伏农业 技术选型从单纯发电效率向农艺适配性转变 同时ZHANG 等 10 结合传感器技术和空间结构分析 对光伏农业系统 的光热环境进行了模拟与实证研究 进一步明确了系统 内部光环境的时空分布特征为后续研究提供了方法论突 破 值得注意的是 光伏农业的环境效应呈现显著的作 物特异性与气候依赖性 WESELEK等 11 通过安装光伏 系统后芹菜 冬小麦 马铃薯和三叶草等作物有机种植 对比光伏区域及露天区域中作物生长时的小气候变化情 收稿日期 2025 05 05 修订日期 2025 06 23 基金项目 宁夏回族自治区重点研发计划项目 2023BCF01022 中国电 力工程顾问集团有限公司重大科技专项 DG3 P01 2023 中国三峡新能 源 集团 股份有限公司科研项目 合同编号 32010105 湖南省农用 航空先进技术工程技术研究中心开放课题 2024001 作者简介 吴照学 副教授 研究方向为农业生物环境与能源工程 Email wuzhaoxue 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 农业工程学会高级会员 鲍恩财 E041200295S 第 41 卷 第 22 期农 业 工 程 学 报Vol 41 No 22 256 2025 年 11 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov 2025 况 并监测了作物生长期的小气候参数 相关生理指标 及作物产量 发现光伏区域种植作物可能会导致作物产 量下降 但对于炎热干燥的天气条件下 更有利于作物 生长 这种精细化研究趋势在设施农业领域得到延伸 赵雪等 12 对夏季光伏温室内的光照条件与番茄生长关系 进行研究分析 发现光伏组件在降低温室温度的同时 仍能满足番茄的光环境需求 随着学科交叉深化 杨洪 明等 13 量化了光伏农业中并网发电收益 节能减排效益 等正向价值 探讨光伏农业中生态补偿机制的优化路径 推动光伏发电与农业生产的深度融合 这些研究不仅为 光伏农业系统的优化设计提供了理论基础 也为农业与 可再生能源的协同发展提供了重要参考 甘薯作为高光效作物 对光照和土壤温度敏感 光 伏遮阴可能导致其光合产物积累与分配模式改变 进而 影响块茎产量与品质 因此 明确光伏阵列铺设密度对 甘薯生长微环境的影响特征 解析其产量与生理指标的 响应机制 对优化区域光伏农业结构 实现农光高效协 同具有重要意义 本研究以溧水地区露地光伏阵列为基础 通过设置 3种光伏板铺设密度及露天对照 动态监测甘薯生长期 内不同区域 板下 板间 的光热环境参数 结合产量 与生理指标分析 研究目标为 1 探究光伏阵列遮阴在 太阳辐射分布及土壤温度变化方面的规律 2 分析不同 光伏板覆盖密度对甘薯光合产物积累 块根发育及品质 形成的影响特征 1 材料与方法 1 1 供试露地光伏方阵 供试露地光伏方阵 简称光伏方阵 位于江苏省南 京市溧水区深能南京能源控股有限公司农光互补基地 中心点位于北纬31 37 6 东经119 11 29 年平均 气温15 5 年降雨量1 036 9 mm 日照时数2 145 8 h 光伏方阵为东西走向 坐北朝南 其所在区域共47跨 跨度6 8 m 总长度为150 m 光伏组件材料为265 Wp 多晶硅 在光伏方阵长度方向连续铺设 呈直线形式布 置 光伏组件下沿距地面2 5 m 倾角24 由外径为 300 mm管预制桩等支撑 光伏农业系统空间结构示意图 及光伏组件铺设方式如图1所示 且由于光伏阵列的覆 盖率较低时 光伏农业项目的投资回收周期过长 无实 际意义 且光伏阵列的改造成本较高 故在试验设计时 选择50 半覆盖 75 高覆盖 100 全覆盖 具有代表性的覆盖率梯度 以覆盖从低到高的典型遮阴 范围 1 2 试验设计 1 2 1 环境测试 1 测点布置 试验以光伏阵列区域内部光热环境的变化规律为研 究对象 测试时间为2024年6月1日 2024年9月 30日 测试的环境因子包括光伏方阵内外部太阳辐射强 度及土壤温度 如图2所示 依据光伏方阵空间结构形 态 将单跨光伏方阵内部分为光伏组件下 简称板下 及光伏组件间 简称板间 2个区 100 铺设密度 100 coverage density 75 铺设密度 75 coverage density 50 铺设密度 50 coverage density a 光伏农业系统空间结构图 a Agro photovoltaic system spatial structure b 不同覆盖率的光伏阵列 b PV arrays with different coverage proportions 图1 光伏农业系统空间结构示意图及光伏组件铺设方式 Fig 1 Spatial configuration diagram and PV panel layout of an agrivoltaic system 板下区域Under PV 3 200 1 000 15 650 2 000 3 400 4 800 6 150 板间区域Between PV 单位 Unit mm 太阳辐射强度测点Solar radiation intensity measurement point 土壤温度测点Soil temperature measurement points 甘薯种植区域 Sweet potato cultivation area 图2 光伏方阵内外测点布置图 Fig 2 Internal and external monitoring points layout diagram for the PV array 光伏方阵内部2个区测点布置情况如图2所示 太 阳辐射强度 在单跨光伏方阵内部 沿从南到北方向取 0 65 3 40 6 15 m处的3个和长度方向共面的测试断面 即南区 中区 北区的3个测试断面 由于南区与北区 数据差异不大 3 选取中区为板间区域 北区为板下区 域 并在测试断面设置距地面1 0 m高度的太阳辐射强 度测点 土壤温度 在太阳辐射强度测点正下方的土壤 内部分别设置0 15 m深度的土壤温度测点 光伏方阵内 部所有太阳辐射强度及土壤温度测点均不受侧光影响 光伏方阵外部环境测点布置 在远离光伏方阵且足 够开阔地点设置一个环境测点 测试的环境因子主要包 括距地面1 0 m高度处的太阳辐射强度及垂直平面土壤 下部0 15 m深度的土壤温度 图2中标高部分分别对应 太阳辐射测点位置及土壤温度测点位置 经测定土壤 质地和肥力条件与光伏方阵内相一致 2 测试仪器 试验主要考察不同铺设密度光伏方阵内外光热环境 对比情况 测试的环境因子包括光伏方阵内外太阳辐射 第 22 期吴照学等 光伏组件密度对光伏农业系统微环境及甘薯产量的影响257 强度及土壤温度 约1个月收集一次相关数据 试验仪 器收集数据频率设置为10 min记录一次环境数据 依据 光伏方阵空间结构形态 将单跨光伏方阵内部分成2个 区域 即板下及板间区域 本次试验使用仪器主要由美 国Onset有限公司 Onset Co Ltd USA 提供 主要包 括土壤温度 soil temperature 测定相关仪器 0 2 土壤温度记录器 soil temperature recorder 型号HOBO UX120 006M 土壤温度传感器 soil temperature sensor 型号HOBO TMC20 HD 太阳辐射强度 solar radiation intensity 测定相关仪器 10 W m2 小型气 象站记录器 small weather station data recorder 型号 HOBO H21 USB 太阳辐射传感器 solar radiation sensor 型号HOBO S LIB M003 1 2 2 甘薯种植试验及测定项目 供试甘薯品种为普32 早熟品种 长蔓型 株型 匍匐 普薯32其具有高产稳产性 品质优良性和广适 性 且为南方主栽品种 可成为揭示光伏农业光热调控 机制的理想模型作物 由江苏省农业科学院提供 试验 采用斜插法栽插 株距30 cm 行距80 cm 单垄双行种 植 每个处理组 50 75 100 光伏板铺设密度及 露天对照 设置3个重复小区 小区面积15 m2 长 5 m 宽3 m 随机区组排列 由于同区域甘薯种植环 境数据具有同一性 故相同区域环境测试不设置对照 田间管理参照当地常规农艺措施 包括统一施肥 基肥 为复合肥750 kg hm2 病虫害防治及灌溉管理 甘薯 于2024年5月28日种植 2024年10月15日统一收获 生长期为140 d 其中 甘薯产量测定通过收获时统计每个小区内甘 薯的块根质量及结薯数 按1 m2取样区域折算单位面积 产量 kg m2 和单位面积结薯数 个 m2 产量数据 通过电子天平 精度0 01 kg 测定 结薯数人工计数 结果取3次重复平均值 收获时按小区分区采集样本 清除泥土后测定产量及薯块品质指标 每个处理取中等 大小薯块4 6块 将薯块洗净擦干表皮水分后切成细条 混匀后取50 g于80 烘箱中烘干后称其质量 设置3 次重复 称量干物质含量 烘干的样品充分磨碎后经 0 15 mm铜网筛过滤 收集干粉 利用近红外分析仪测 定甘薯干基淀粉 可溶性糖和蛋白质含量 14 15 1 3 数据处理 本文相关二维图表应用Origin 2021软件制作 相关 数据应用Microsot Excel软件进行处理分析 2 结果与分析 2 1 不同光伏方阵结构内外太阳辐射强度变化分析 2 1 1 太阳辐射总体变化 选取甘薯生长期内2024年6月1日 2024年9月 30日共4个月进行太阳辐射强度变化情况的相关比较分 析 对于整体月平均太阳辐射进行分析 对比不同光伏 板铺设密度条件下不同区域的太阳辐射强度变化 表1 即为不同铺设密度下 50 75 100 及露天 不同 光伏阵列区域 板下及板间 的月平均太阳辐射强度统 计 通过表中数据对甘薯生长期月平均太阳辐射强度变 化进行对比分析 其中 露天处理太阳辐射强度最高 不同铺设密度条件下月平均太阳辐射强度随铺设密度增 加而降低 相同铺设密度条件下月平均太阳辐射强度板 间高于板下 总体来看 月平均太阳辐射强度大小对比 情况均为露天最高 光伏铺设区域的太阳辐射强度随着 光伏组件铺设密度增加而降低 相同铺设密度情况下板 间区域太阳辐射强度高于板下区域 表 1 不同铺设密度对于不同区域月平均太阳辐射强度的影响 Table 1 Effects of different laying densities on monthly mean solar radiation intensity of different sites W m 2 月份 Month 太阳辐射强度Solar radiation intensity 50 75 100 露天 Open air 板下 Under PV 板间 Between PV 板下 Under PV 板间 Between PV 板下 Under PV 板间 Between PV 6 274 8 266 2 138 4 257 0 90 0 207 6 332 1 7 267 0 303 6 151 6 305 0 84 3 257 6 390 3 8 227 4 348 4 163 4 339 0 86 7 312 4 418 9 9 170 4 211 8 159 0 151 6 93 6 130 4 325 2 根据甘薯生长期月平均太阳辐射强度计算不同区域 的采光率情况 其中 采光率计算式如下 R RtR ck 100 1 式中R为各处理的采光率 Rt为各处理不同观察点的太 阳辐射强度 Rck为相同时间对照的太阳辐射强度 甘薯生长期在不同铺设密度下 50 75 及100 不同光伏阵列区域 板下及板间 的采光率统计 利用 光伏阵列内月平均太阳辐射强度和露天月平均太阳辐射 强度计算 其中50 铺设密度板下区域在6 9月的采 光率分别为对照的82 7 68 4 54 3 52 4 50 铺设密度板间区域在6 9月的采光率分别为对照 的80 2 77 8 83 2 65 1 75 铺设密度板下 区域在6 9月的采光率分别为41 7 38 8 39 0 48 9 75 铺设密度板间区域在6 9月的采光率分别 为77 4 78 2 80 9 46 6 100 铺设密度板下 区域在6 9月的采光率分别为27 1 21 6 20 7 28 8 100 铺设密度板间区域在6 9月的采光率分 别为62 5 66 0 74 6 40 1 由上可见 不同铺 设密度条件下采光率随铺设密度增加而降低 相同铺设 密度条件下板间区域采光率高于板下区域 通过计算得 出50 75 100 铺设密度条件下板下及板间区域的 平均采光率分别较露天降低35 6 23 4 57 9 29 2 75 5 39 2 2 1 2 生长期内较长持续时间太阳辐射变化强度分析 在甘薯生育期内选取了14 d持续时间进行太阳辐射 强度变化的监测 选取日期为2024年8月25日 2024 年9月7日 对选取的14 d的太阳辐射强度变化进行比 较分析 每日统计时间区间为6 00 18 00 图3给 出了3种不同密度下光伏方阵太阳辐射强度的变化情况 其中 50 铺设密度下板下及板间2个区域太阳辐射变 化范围分别为3 1 253 1 5 6 924 4 W m2 75 铺设 密度下2个区域太阳辐射变化范围分别为3 1 710 6 5 6 904 4 W m2 75 铺设密度下2个区域太阳辐射变化范 围分别为1 9 204 4 4 4 839 4 W m2 258农业工程学报 http www tcsae org 2025 年 试验发现 光伏方阵露地的光照强度显著高于光伏 方阵内部的测点 由图可见 相同铺设密度光伏方阵 内部板下及板件区域的太阳辐射强度大小关系为板间 高于板下 在3种光伏组件铺设密度下 光伏方阵内部 作物冠层太阳辐射强度随着光伏板铺设密度的增加而 降低 2 000 1 500 1 000 时间Time a 50 时间Time b 75 时间Time c 100 50 板下50 under PV 50 板间50 between PV 露天Open air 太阳辐射强度 Total solar irradiance W m 2 500 0 08 2508 2608 2708 2808 2908 3008 3109 0209 0109 0309 0409 0509 0609 07 75 板下75 under PV 75 板间75 between PV 露天Open air 100 板下100 under PV 100 板间100 between PV 露天Open air 2 000 1 500 1 000 太阳辐射强度 Total solar irradiance W m 2 500 0 08 2508 2608 2708 2808 2908 3008 3109 0209 0109 0309 0409 0509 0609 07 2 000 1 500 1 000 太阳辐射强度 Total solar irradiance W m 2 500 0 08 2508 2608 2708 2808 2908 3008 3109 0209 0109 0309 0409 0509 0609 07 图3 不同光伏组件铺设密度时光伏方阵内太阳辐射强度的变化 Fig 3 Changes in solar radiation intensity in the PV array with the different PV module laying densities 2 1 3 典型天气条件太阳辐射强度变化分析 为深入了解不同光伏组件铺设密度下的光伏方阵内 部太阳辐射强度变化特征 选择雨天 7月26日 阴 天 7月27日 和晴天 7月28日 对方阵内外太阳辐射 强度进行动态观测 测定结果数据分析曲线如图4所示 结果显示 3种典型天气下各测点曲线具有较高的一致 性 曲线变化基本呈现先波动上升达到峰值 最后下降 为0的趋势 各曲线峰值对应的时间节点基本一致 07 26 07 27 07 28 时间Time a 50 时间Time b 75 时间Time c 100 50 板下50 under PV 50 板间50 between PV 露天Open air 土壤温度 Soil temperature 75 板下75 under PV75 板间75 between PV 露天Open air 100 板下100 under PV 100 板间100 between PV 露天Open air 07 26 07 27 07 2807 26 07 27 07 28 土壤温度 Soil temperature 土壤温度 Soil temperature 26 28 30 32 34 3636 35 34 33 32 31 30 29 28 36 35 34 33 32 31 30 29 28 图4 典型天气条件下不同光伏组件铺设密度时光伏方阵内太阳辐射强度的变化 Fig 4 Variation of solar radiation intensity in photovoltaic array with different PV module laying densities under typical weather conditions 晴天条件下 露天区域日平均太阳辐射强度为 1 119 8 W m2 50 铺设密度下板下及板间日平均太阳辐 射强度为234 4 420 4 W m2 75 铺设密度下板下及板 间为176 0 448 2 W m2 100 铺设密度下板下及板间 为47 3 416 3 W m2 由此可见 晴天条件下3种光伏 组件铺设密度的光伏方阵下采光率区间为对照组的 20 9 37 5 15 7 40 0 4 2 37 2 阴天条 件下 露天区域日平均太阳辐射强度为701 9 W m2 50 铺设密度下板下及板间日平均太阳辐射强度为184 7 294 2 W m2 75 铺设密度下板下及板间为158 7 278 2 W m2 100 铺设密度下板下及板间为73 7 236 4 W m2 由此可见 阴天条件下3种光伏组件铺设 密度的光伏方阵下采光率区间为26 3 41 9 22 6 39 6 10 5 33 7 雨天条件下 露天区域日平均 太阳辐射强度为360 7 W m2 50 铺设密度下板下及板 间日平均太阳辐射强度为99 2 133 3 W m2 75 铺设 密度下板下及板间为77 7 121 9 W m2 100 铺设密度 下板下及板间为46 9 100 6 W m2 由此可见 雨天条 件下3种铺设密度下的采光率区间为27 5 36 9 21 6 33 8 13 0 27 9 统计分析数据显示 晴天条件下太阳辐射强度呈现 板间高于板下的规律 阴雨天条件下 板下及板间区域 的太阳辐射强度曲线重合度较高 差异较小 对于不同 铺设密度的情况 测试期间的太阳辐射强度呈现明显的 梯度变化 表现为随着光伏组件铺设密度增加而降低 表2中为典型天气下光伏阵列中光伏板不同铺设密 度下不同区域的太阳辐射强度变化范围 最大值和最小 值 取值时间范围为6 00 18 00 表 2 光伏方阵不同区域太阳辐射强度相关参数 Table 2 Parameters related to solar radiation intensity in different regions of the photovoltaic array W m 2 日期 Date 极值 Extremum 太阳辐射强度Solar radiation intensity 50 75 100 露天 Open air 板下 Under PV 板间 Between PV 板下 Under PV 板间 Between PV 板下 Under PV 板间 Between PV 07 26最大值151 9 335 6 199 4 310 6 103 1 253 1 853 7最小值11 9 18 1 11 9 15 6 8 1 11 9 61 2 07 27最大值245 6 789 4 656 9 780 6 185 6 724 4 1 571 2最小值15 6 25 6 15 6 21 9 9 4 18 1 63 7 07 28最大值276 9 828 1 851 9 898 1 148 1 874 4 1 773 7最小值30 6 21 9 24 4 20 6 21 9 15 6 111 2 典型天气条件下 图5为相同光伏板铺设密度 50 第 22 期吴照学等 光伏组件密度对光伏农业系统微环境及甘薯产量的影响259 75 100 及露天 且不同光伏阵列内部不同区域中的 太阳辐射强度变化情况 由图可见 对于不同覆盖率的 情况下 雨天 阴天及晴天 太阳辐射强度变化情况呈 现露天最高 且板间区域高于板下区域的规律 07 26 07 27 07 28 时间Time a 50 时间Time b 75 时间Time c 100 50 板下50 under PV 50 板间50 between PV 露天Open air 太阳辐射强度 Total solar irradiance W m 2 50 板下50 under PV 50 板间50 between PV 露天Open air 50 板下50 under PV 50 板间50 between PV 露天Open air 07 26 07 27 07 2807 26 07 27 07 28 太阳辐射强度 Total solar irradiance W m 2 1 800 1 400 1 000 800 太阳辐射强度 Total solar irradiance W m 2 400 0 1 600 1 200 600 200 1 800 1 400 1 000 800 400 0 1 600 1 200 600 200 1 800 1 400 1 000800 400 0 1 600 1 200 600 200 图5 不同铺设密度土壤温度变化特征分析 Fig 5 Comparison of soil temperature changes with different laying densities 2 2 土壤温度 2 2 1 相关参数分析 典型晴天条件下 光伏方阵内不同覆盖率板间板下 及露天的日平均土温与日最高及最低土温通过计算可以 得出 单位 日平均土温 28 88 50 板间 30 15 50 板 下 29 51 75 板间 30 00 75 板下 27 93 100 板间 28 18 100 板下 32 04 露天 日最高土温 29 84 50 板间 31 60 50 板 下 30 63 75 板间 31 80 75 板下 28 72 100 板间 28 88 100 板下 35 69 露天 日最低土温 28 12 50 板间 28 86 50 板 下 28 46 75 板间 28 72 75 板下 27 26 100 板间 27 59 100 板下 28 93 露天 其中 露天日均土温最高 不同铺设密度光伏板下 区域日均土壤温度大小随着光伏板铺设密度增加而降低 相同铺设密度下不同区域大小对比为板下高于板间 日 最高土温在不同区域对比露天最高 且有光伏板覆盖区 域相对于露天情况对比差异较明显 不同铺设密度条件 下对比为铺设密度为75 时最高 铺设密度为50 时 次之 100 铺设时最低 日最低土温差异较小 通过计 算得出 典型晴天条件下 50 光伏组件铺设区域的日 平均土温较露天低3 16 75 光伏组件铺设区域较露 天低2 53 100 光伏组件铺设区域较露天低4 11 典型阴天条件下 伏方阵内不同覆盖率板间板下及 露天的日平均土温与日最高及最低土温通过计算可以得 出 单位 日平均土温 28 25 50 板间 29 34 50 板 下 28 62 75 板间 29 17 75 板下 27 51 100 板间 27 88 100 板下 30 14 露天 日最高土温 28 79 50 板间 30 21 50 板 下 29 36 75 板间 30 10 75 板下 28 22 100 板间 28 51 100 板下 32 49 露天 日最低土温 27 84 50 板间 28 65 50 板 下 28 07 75 板间 28 47 75 板下 26 96 100 板间 27 38 100 板下 28 58 露天 其中 露天日均土温最高 不同铺设密度光伏板下 区域日均土温差异较小 日最高土温在不同区域对比露 天最高 且有光伏板覆盖区域相对于露天情况对比差异 较明显 日最低土温差异较小 通过计算得出 典型阴 天条件下 50 光伏组件铺设区域的日平均土温较露天 低1 89 75 光伏组件铺设区域较露天低1 52 100 光伏组件铺设区域较露天低2 63 典型雨天条件下 光伏方阵内不同覆盖率板间板下 及露天的日平均土温与日最高及最低土温通过计算可以 得出 单位 日平均土温 28 71 50 板间 29 96 50 板 下 29 09 75 板间 29 80 75 板下 27 61 100 板间 28 00 100 板下 30 46 露天 日最高土温 29 40 50 板间 30 99 50 板 下 29 96 75 板间 30 80 75 板下 28 13 100 板间 28 46 100 板下 31 82 露天 日最低土温 28 29 50 板间 29 35 50 板 下 28 64 75 板间 29 08 75 板下 27 41 100 板间 27 80 100 板下 29 44 露天 其中 露天日均土温最高 其他区域土温差异较小 通过计算得出 典型雨天条件下 50 光伏组件铺设区 域的日平均土温较露天低1 75 75 光伏组件铺设区 域较露天低1 37 100 光伏组件铺设区域较露天低 2 85 由以上计算及比较分析可以看出 光伏阵列覆盖区 域及露天对照区域的土壤温度的大小对比情况在不同覆 盖率条件下差异不大 在相同铺设密度条件下对比基本 为板下高于板间 2 2 2 典型天气条件土壤温度变化情况分析 为深入了解不同高度的光伏方阵内部土壤温度变化 特征 本文选择雨天 7月26日 阴天 7月27日 和晴天 7月28日 进行动态观测 如图所示 图中显 示了3个覆盖率下光伏方阵典型天气土壤温度的变化 50 铺设密度下板下及板间2个区域典型天气土温变化 范围分别为28 12 31 6 28 46 31 8 27 26 28 88 75 铺设密度下2个区域典型天气土温变化范围分别为 27 84 30 21 28 07 30 1 26 96 28 51 100 铺 设密度下2个区域典型天气土温变化范围分别为28 29 30 99 28 64 30 8 27 41 28 46 如图5所示 3 种典型天气条件下 各测点曲线的一致性较好 基本呈 现先上升后下降的变化趋势 且各曲线峰值对应的时间 节点基本一致 在18 00左右达到最大值 各典型天气 260农业工程学报 http www tcsae org 2025 年 条件下 板下及板间区域土壤温度呈现明显的梯度变化 表现为板间区域高于板下区域的规律 2 3 产量分析 光伏组件铺设密度对甘薯单位面积产量及结薯数的 影响如图6所示 由图可见光伏方阵内部的产量均明显 低于露天处理 a 50 产量Yield 结薯数Number of tubers produced 产量 Yield kg hm 2 结薯数 Number of tubers produced 个 hm 2 50 板下 50 under PV 50 板间 50 between PV 区域Area 露天 Open air 0 5 000 10 000 15 000 120 000 20 000 25 000 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 b 75 产量Yield 结薯数Number of tubers produced 产量 Yield kg hm 2 结薯数 Number of tubers produced 个 hm 2 75 板下 75 under PV 75 板间 75 between PV 区域Area 露天 Open air 0 5 000 10 000 15 000 120 000 20 000 25 000 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 c 100 产量Yield 结薯数Number of tubers produced 产量 Yield kg hm 2 结薯数 Number of tubers produced 个 hm 2 100 板下 100 under PV 100 板间 100 between PV 区域Area 露天 Open air 0 5 000 10 000 15 000 120 000 20 000 25 000 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0 图6 不同铺设密度条件下甘薯产量分析 Fig 6 Comparison of sweet potato yield under different laying densities 与露天处理相比 50 75 及100 铺设密度下 板下及板间区域的单位面积产量分别减少了3 52 18 69 29 24 39 25 52 54 及58 95 由此可 见该品种甘薯产量随着光伏组件铺设密度的增加而降低 且对于相同铺设密度 产量情况对比为板间高于板下 同时 露天及3种不同铺设密度的板间及板下区域的单 位面积结薯数对比情况为 光伏铺设区域结薯数均高于 露天区域 随着光伏组件铺设密度增加 单位面积结薯 数增加 对于相同铺设密度条件下 板下结薯数高于板间 2 4 营养品质分析 如表3所示 对于淀粉含量 露天对照组与不同铺 设密度下 50 75 100 的不同区域 板下及板 间 之间均存在显著性差异 对于可溶性糖含量 75 100 铺设密度下的不同区域 板下及板间 相比露天区 域均显著下降 而对于蛋白质含量 仅50 板下与100 板下处理的甘薯存在显著性差异 除75 板下和100 板下处理外 其他铺设处理均显著降低了甘薯干粉的淀 粉含量 其中50 板间含量最低 其中 可溶性糖含量呈现梯度响应特征 其中75 和100 板下区域分别较对照下降13 9 和24 6 而 50 板间区域与露天对照无显著差异 蛋白质含量变化 呈现非单向响应 50 板下较对照下降8 3 而100 板下则提升13 0 这种差异可能源于遮阴强度对碳氮 代谢平衡的调控作用 还原糖含量变化显示胁迫响应特 征 其中75 板下