装备所设施种植环境工程与装备创新团队近年来致力于光伏农业耦合应用研究,并于近期取得阶段性进展。研究成果以“Evaluating the contribution of decreasing heights of photovoltaic panels on light environment and agricultural production in agrivoltaic systems”为题,发表于环境工程领域知名期刊《Journal of Cleaner Production》(中科院一区Top,5年IF=10.2)。
农业光伏系统是一种结合绿色能源与农业生产的新型模式,其主要优势在于有效提高可再生资源的利用率并实现土地的复合利用。然而,光伏板对光环境的影响,尤其是光伏板高度对作物生长的具体影响,仍然是一个亟待解决的难题。现有研究多关注光伏板布局和光照分布,但对于光伏板高度对作物光合作用及其产量的长远影响尚未得到深入的探讨。在中国,农业光伏系统的普及面临着光伏发电与农业生产效率之间的矛盾,尤其是当光伏板的安装高度过高时,往往会导致光照不足,从而影响作物生长,限制了农业光伏系统的生产效益和经济回报。因此,如何科学合理地设计光伏板高度,以便平衡能源产出与农业生产,是当前产业面临的重大挑战和瓶颈问题。
该研究通过实地试验和数值模拟,系统分析了不同光伏板高度对作物光环境及其产量的影响,研究发现随着光伏板高度的增加,光伏板下方的光照强度逐渐减弱,这直接影响作物的光合作用及其生长发育,导致产量显著下降。特别是在光伏板高度达到3.9米时,作物产量比露天对照低48.8%。当光伏板高度降至2.5米,研究发现作物的光照环境得到有效改善,产量可恢复至露天对照的80%以上。结合数值模拟的结果,进一步揭示了光伏板高度对光照强度的空间分布的影响。因此,该研究为农业光伏系统的设计提供了重要的理论依据,突出了光伏板高度对作物生长的深远影响。
该研究不仅在于为农业光伏系统的优化设计提供了科学依据,还为产业发展提供了实践指导。通过科学调整光伏板高度,能够有效平衡光伏发电与农业生产之间的关系,从而提升农业光伏系统的综合效益。随着中国在农业光伏领域的快速发展,这一研究成果对于提升农业光伏系统的生产效率、推动农业与可再生能源的深度融合,具有重要的产业意义和现实价值。
设施种植环境工程与装备创新团队联合培养博士生张龙和硕士生龚剑晖为该论文共同第一作者,团队负责人鲍恩财副研究员和科研骨干吴翠南助理研究员为共同通讯作者,江苏省农业科学院为第一完成单位。该研究工作得到了江苏省自然科学基金(BK20241174)、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(32010105)等项目的资助。
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2025.145091