有些人喜欢高温环境，有些人则偏好半阴的种植条件：半透明太阳能光伏组件对温室栽培的辣椒生长指标的影响

《Journal of Cleaner Production》：Some like it hot, some like it partially shaded: The effect of semi-transparent solar photovoltaic modules on the growth metrics of greenhouse cultivated spicy peppers

　　尼玛·阿斯加里（Nima Asgari）| 乔舒亚·M·皮尔斯（Joshua M. Pearce）
加拿大安大略省伦敦市西大学电气与计算机工程系，N6A 5B9

**摘要**
在大规模太阳能光伏（PV）应用中，土地使用问题一直是一个持续存在的挑战。通过农业光伏（agrovoltaics）技术，尤其是将其与受控环境农业（Controlled Environment Agriculture, CEA）结合使用，可以克服这一挑战。辣椒是受控环境农业中常见的种植作物，但关于不同半透明光伏（STPV）农业光伏系统对北方地区辣椒影响的科学研究 ainda 不足。为此，研究人员在温室中部署了六组具有不同材料、透明度和光谱过滤功能的STPV组件，以比较它们对意大利辣椒品种“Piccante De Cayenna”的影响。研究测量了植株高度、叶片叶绿素含量以及新鲜收获量。所有农业光伏处理组均提高了产量：其中50%透明度的薄膜蓝光型STPV组产量增加了78%（p = 0.08），69%透明度的红色发光聚光太阳能晶硅（LSC）组产量增加了91%（p值 = 0.0329），44%透明度的图案化晶硅组产量增加了138%（p = 0.08）。通过SAM软件对一个占地一英亩的温室模型进行了屋顶农业光伏能源模拟，结果表明：使用性能最佳的三种STPV组件组合可产生123千瓦直流电（kWdc），每年为温室提供137,452千瓦时的电能（占需求的278%）；使用69%透明度的LSC组可产生98千瓦直流电，每年提供99,182千瓦时的电能，超过需求的200%；而使用44%透明度的晶硅组则每年产生255,297千瓦时的电能，超过温室年需求的516%。因此，采用STPV组件的农业光伏温室不仅能够提高辣椒产量，还有潜力成为净可持续能源的输出者。

**1. 引言**
全球气候变化正在导致世界各地降水量和温度平均值的显著变化（Malhi等人，2021年）。作物产量受气候变化的影响，使得农业成为最易受影响的部门，因为农业对天气条件极为敏感（Malhi等人，2021年）。与传统农业相比，受控环境农业在技术和可控性方面具有优势，因此其生产对环境条件的依赖性较低（Cowan等人，2022年）。此外，受控环境农业在食品生产中发挥着重要作用，并成为重要的经济驱动力（Achard，2024年）和粮食安全保障（Cowan等人，2022年）。以加拿大为例，2023年受控环境农业通过农场销售为该国贡献了32亿加元，通过出口贡献了21亿加元（Canada，A. 和 A.-F.，2024年）。在极端气候条件下，如北部地区，受控环境农业能够提升作物产量并延长生长季节（Achour等人，2021年；Asgari等人，2023年）。然而，受控环境农业所需的能源远高于传统农业（Badji等人，2022年），这导致成本上升（Cowan等人，2022年），同时也会增加二氧化碳排放（Ritchie和Rosado，2020年），从而加剧全球变暖。因此，将传统依赖化石燃料加热或电网供电的温室转向以可再生能源（如光伏系统）和可持续环境调节技术（如热泵）为基础的可持续温室至关重要（Asgari等人，2025年；Zhang等人，2022年）。

光伏是成本最低的可再生能源之一（Pearce和Sommerfeldt，2021年），发展迅速（Sommerfeldt和Pearce，2023年），并且正通过农业光伏技术越来越多地应用于农业中（Jamil和Pearce，2023年）。农业光伏技术既为光伏发电创造了土地，也为农业生产提供了空间（Jamil等人，2023年）。常见的实现方式是将半透明光伏组件集成到温室屋顶中，这些组件通常由不透明的晶硅（c-Si）电池组成，排列方式为直线或棋盘格状（Zhang等人，2022年）。此外，还研发了多种新型光伏结构，以实现设计兼容性和可行性，这些结构被称为半透明光伏（STPV）技术。最先进的STPV系统能够过滤阳光，并将太阳能分配给植物生长和电力生成（Allardyce等人，2017年）。STPV组件的透明度基于其平均可见光透射率（AVT）来定义（Gorjian等人，2022年），主要分为非选择性模块和紫外线/近红外（UV/NIR）选择性模块两类。前者的AVT范围为0%至50%，后者为50%至90%（Gorjian等人，2022年）。根据材料和结构的不同，STPV组件还包括薄膜（非晶硅a-Si）、碲化镉（CdTe）、铜铟镓硒（CIGS）等材料制成的光伏模块，有机光伏（OPVs），钙钛矿材料，染料敏化太阳能电池（DSSCs），以及集中式光伏（CPVs）和发光聚光器（LSCs）等新型技术（Gorjian等人，2022年；Kumar等人，2022年）。LSCs能够过滤光线并将不需要波长的光线通过波导导向面积较小的光伏电池（Castelletto和Boretti，2023年），因此被归类为波长选择性模块。

在农业光伏项目中，种植和光伏面板之间的共生关系使得二者可以共同利用土地，既保护作物又产生电力（Sollazzo等人，2025年）。在多项研究中，发现在部分遮荫的温室中种植草莓、野火箭菜、苋菜和辣椒时，这类温室能够加速开花过程（Jamil和Pearce，2025a；Petrakis等人，2024年；Tang等人，2019；Buttaro等人，2016；Hassanien等人，2022年）。此外，还研究了在光伏屋顶下种植番茄、甜椒、西兰花、黄瓜和葫芦等蔬菜的情况，最佳透明度为78%时可实现最高产量（Tiwari和Tiwari，2021年）。最近的研究致力于探索STPV系统与温室的共生整合，以提升作物产量（Stallknecht，2023年）。在摩洛哥的一个番茄温室研究中（Ezzaeri等人，2020年），发现覆盖40%的屋顶会延迟冬季番茄的生长和成熟期。然而，在另一项番茄研究中（Aroca-Delgado等人，2019年），发现光伏覆盖比例达9.8%时，作物的市场产量、pH值、每枝花朵数量和果实颜色均未出现明显变化，唯一改变的是果实大小，但产量有所增加。另一项研究（Ntinas等人，2019年）中，番茄作物分别在不同温室中进行水培试验：一个温室使用DSSC光伏，另一个使用传统玻璃材质。DSSC温室改变了中等大小番茄的早期产量和平均果实重量，但对樱桃番茄没有影响。在荷兰的温室实验中，使用600纳米发射率的量子点（QD）发光薄膜后，番茄的分布更加均匀，果实颜色偏向红色（Hebert等人，2022年），尽管整体光合密度（DLI）下降了14%，但植物的营养生长速度加快了10%，果实浪费减少了36%，从而提高了每单位面积的产量5.7%。在炎热干旱气候下的番茄温室中，将有机光伏（OPVs）集成到屋顶后，所有波长的太阳辐射减少了40%，PAR减少了37%（Waller等人，2021年）。从第四次收获开始，OPV温室与对照组在产量、果实数量和果实质量上没有显著差异，且OPV温室的累计产量与累计PAR之比是对照组的两倍。在东西向温室中（Cossu等人，2017年），屋顶光伏覆盖率为50%时，受控区域的年总辐射从59%增加到73%，这得益于冠层高度从0.0米增加到2.0米。在同一范围内，光伏覆盖区域的这一参数值从57%下降到40%（Barichello等人，2021年）。另有研究表明，自然覆盖的温室与使用DSSC光伏模块覆盖的温室之间生菜的生长情况没有显著差异（Jamil等人，2025c）。

2024年，全球辣椒市场的规模达到53.2亿美元，预计到2033年将增长2.25%（Market Data Forecast，2001年）。加拿大2024年辣椒进口额增长了14%（Volza，2026年），并在2023-2025年间占美国辣椒出口市场的9.2%-9.7%（International Fresh Produce Association，2021年）。尽管辣椒在国际农产品市场中占据重要地位，但对其实际研究价值却相对较少。在有限的相关研究中，多数研究显示农业光伏对辣椒生产有积极影响（Gross等人，2025年；Hassanien等人，2022年；Hickey等人，2024年；Kavga等人，2019年；Tiwari和Tiwari，2021年；Zisis等人，2019年）。尽管大部分研究集中在甜椒品种上（Gross等人，2025年；Hassanien等人，2022年；Hickey等人，2024年；Kavga等人，2019年；Tiwari和Tiwari，2021年；Zisis等人，2019年），也有少数研究关注了辣椒品种（Hernández等人，2022年）。此外，回顾的文献中的十三项实验（Aroca-Delgado等人，2019年；Buttaro等人，2016年；Cossu等人，2017年；Ezzaeri等人，2020年；Gross，2025年；Hassanien等人，2022年；Hernández等人，2022年；Hickey等人，2024年；Jamil等人，2025a年；Kavga等人，2019年；Petrakis等人，2024年；Tang等人，2019年；Tiwari和Tiwari，2021年）是在具有透明取向的c-Si模块下进行的，还有三项关于OPVs（Tang等人，2019年；Waller等人，2021年；Zisis等人，2019年），四项关于薄膜模块（Hickey等人，2024年；Jamil等人，2025a，2025c；Jamil和Pearce，2025a），以及四项关于透明荧光模块或染料敏化模块或LSC模块的影响（Barichello等人，2021年；Hebert等人，2022年；Ntinas等人，2019年；Stallknecht，2023年）。目前还没有研究探讨在同一地点使用不同类型的STPV农光系统以及相同品种的作物，并通过比较方法来确定最佳方案。此外，关于加拿大气候下农光温室种植的数据仍然严重不足。为了填补上述研究空白，一组六种具有不同材料技术、透明度和光谱过滤特性的STPV模块被用于温室中，以比较它们对意大利辣椒“Piccante De Cayenna”的遮荫和过滤效果，这些温室位于安大略省Ilderton。农光实验包括六种处理方式：部分透明的（44%和69%）c-Si、LSC c-Si（53%和69%）以及CdTe薄膜（50%红色和蓝色）STPVs。通过测量接收到的光合有效辐射（PAR）来量化这些处理方式的效果。每个处理组以及对照组都测量了生长指标（植物高度、叶绿素含量和新鲜生物量），同时也评估了农光集成到辣椒温室中的可行性，而不影响产量。

2. 方法
本节包含了所有方法论的详细信息，包括输入数据、生长条件、实验调查的详细内容以及维护和测量设备。输出数据将用于确定最佳处理方式，随后将评估在屋顶层面集成这种STPV处理的能源潜力。研究方法通过图1中的流程图进行说明。

2.1. 地点
两个相同的温室位于加拿大安大略省Ilderton的西部可再生能源部署创新平台（WIRED），用于蔬菜的CEA（结合农业和光伏）种植。图2展示了并排安装的温室（GH1和GH2），方向为N-S，并略微偏向东北方向。这些温室采用传统格式维护，除了通风风扇和排气口外没有其他调节设备。

2.2. 种植细节
使用了意大利辣椒“Piccante De Cayenna”进行种植，其库存保持单元（SKU）编号为122333（McKenzie Seeds，2025年）。总共36个盆栽（北部温室20个，南部温室16个）在农光处理区和对照组中生长。从播种到植株衰老的最后一次收获，整个种植周期为四个月（18周），时间从2025年4月28日到8月29日。种子在5月8日播种在育苗盆中，然后在5月12日移植到主盆中。根据需要灌溉，而不是按固定时间表，每次灌溉量相同，并且使用Plant-Prod 20-20-20 NPK肥料（加拿大安大略省Brampton）施肥两次，一次在移植后，另一次在开花后，剂量相同。所有植物的种植考虑和维护过程也是一致的。

2.3. 农光处理
选择了三种不同的STPV技术：图案化c-Si、CdTe薄膜和图案化LSC模块，共进行了六种处理（基于不同的透明度）。研究了它们对光照条件和生长指标的影响，并与对照组进行了比较。STPV模块的光学特性在实施的处理方式中有所定义，如表1所示。STPV模块安装在表格上，这些表格是根据最坏情况（相对于该辣椒品种的最大高度的最小可能高度1.3米）构建的，如图3所示。为了最小化边缘效应和STPV模块下的局部PAR差异，每个处理区域内的植物在x和y方向上以棋盘格模式排列。

2.4. 测量和设备
除了土壤、水、营养素等种植工具和材料外，还使用了两种测量设备来收集PAR和叶绿素数据。叶绿素含量使用atLEAF叶绿素含量计（美国特拉华州Wilmington）测量，单位为μg/cm2（Shadd等人，2025年），PAR值使用行业标准Apogee SQ-500SS（美国犹他州Logan）测量，单位为μmol/m2·s，误差为±0.5%（Apogee Instruments公司，2025年）。测量PAR值以捕捉不同处理方式和对照组之间的时间和空间相关性。通过在每个模块下方的中心位置放置传感器来测量时间变化。通过在每株植物的高度放置传感器来评估每个处理方式下的PAR值的空间变化。叶绿素含量和植物高度的测量从第4周持续到第11周，即第一次收获前一周。新鲜重量使用AccuWeight IC201数字秤测量，精度为±0.5克。温室温度和环境条件分别由开源的Jericho Data Logger（Hayibo和Pearce，2025年；Jericho Lab，2025年）和German Solar Met Station（German Solar，2025年）记录。空气温度和湿度传感器的精度分别为±0.3°C和±2%（Hayibo和Pearce，2025年）。基于随时间重复测量得出的时间相关性进行了单因素方差分析（ANOVA），以评估各种STPV模块处理方式与对照组之间的统计显著性。

2.5. 能源影响
将选择对产量没有负面影响的最佳农光处理方式，并将其集成到1英亩的温室屋顶上（图4），假设辣椒可以在温室下生长而不受任何损害。使用开源的System Advisor Model（SAM）（System Advisor Model，2025年）来模拟屋顶STPV系统。表2表示SAM在模型开发中考虑的Ilderton，ON的气象和技术假设。将计算农光屋顶覆盖的能源百分比，按每英亩和每公斤可生产的新鲜质量计算。安大略省南部辣椒温室的平均年电力消耗量为49,400 kWh/acre（OGVG，2025年）。据报道，北美温室中辣椒的平均产量为每英亩27,900公斤（Nova Scotia New Farmer，2025年；Velázquez-Carmona等人，2021年）。

3. 结果
在本节中，将详细阐述每种处理的实验结果，并评估商业规模农光温室的整体能源和产量影响。首先从植物生长的环境条件开始，接下来将重点介绍生长指标。

3.1. 气候条件
图5显示了种植期间的室外和温室温度的日分布。温室没有进行人工调节，通过自然通风和强制通风进行操作。温室效应在图5中通过室内和室外温度的差异明显体现出来。尽管如此，温室温度仍然在适合大多数辣椒生长的范围内变化（除了初夏的某些时段），为21-29°C（Kim等人，2023年；MSU Extension，2025年）。

3.2. PAR测量
图6显示了PAR值的时间变化。可以看到两个明显的峰值点，代表两个关键时刻，此时太阳辐射以更陡的角度和更强的强度照射到植物冠层，这取决于农光太阳能板的定位和云层覆盖情况。在上午9:30-11:00期间，T3-50%-CdTe-blue、T4-50%-CdTe-red和T6-53%-LSC-red由于朝向南面和东南面且没有特定的遮阳屏障，其光照接收接近对照组水平。另一方面，T2-69%-c-Si在下午1:30-3:00的第二个峰值期间是最佳的阳光接收者，因为它的位置偏向西边。T1-44%-c-Si和T3-50%-CdTe-blue尽管位于东边，但在下午也能接收到合理的辐射水平。这可能是因为这些模块与T2-69%-c-Si和T4-50%-CdTe-red面板之间存在走道间隙，为阳光提供了适当的通道到达下方的植物。然而，其他三种红光处理方式（如T5-69%-LSC-red）则大大过滤了辐射，从而提供了更加平滑和均匀的辐照度。

3.3. 生长指标的评估
在种植期间测量并记录了三个生长指标：植物高度、叶绿素含量和新鲜收获重量。前两个参数从第4周记录到第11周，新鲜重量从第12周记录到第18周。三种处理方式和对照组的趋势分别通过图9、图10和图11展示。根据图9，除了对照组外，所有处理的最终植株高度都在60到80厘米之间。在成熟周期结束时，T2-69%-c-Si和T3-50%-CdTe-blue处理的植株明显比其他处理的高；T3-50%-CdTe-blue处理的植株平均高度甚至超过了70厘米。所有红色处理（T4-50%-CdTe-red、T5-69%-LSC-red、T6-53%-LSC-red）的植株最终高度大致相同。然而，叶片叶绿素含量在所有农光互补系统中以及对照组中的变化范围相似，并且在成熟阶段保持相对稳定（图10）。尽管对照组植株在幼期产生的叶绿素量更为一致和丰富（38微克/平方厘米），但在成熟阶段，T2-69%-c-Si和T5-69%-LSC-red处理的植株叶片叶绿素含量可以达到更高的水平（≥64微克/平方厘米）。

图9. 从第4周到第11周，农光互补处理与对照组相比的植株高度增长情况：a) T1-44%-c-Si，b) T2-69%-c-Si，c) T3-50%-CdTe-blue，d) T4-50%-CdTe-red，e) T5-69%-LSC-red，f) T6-53%-LSC-red，g) 对照组。（关于图中颜色参考的解释，请参阅本文的网页版本。）

图10. 从第4周到第11周，农光互补处理与对照组相比的植株叶片叶绿素含量情况：a) T1-44%-c-Si，b) T2-69%-c-Si，c) T3-50%-CdTe-blue，d) T4-50%-CdTe-red，e) T5-69%-LSC-red，f) T6-53%-LSC-red，g) 对照组。（关于图中颜色参考的解释，请参阅本文的网页版本。）

图11. 从第12周到第18周，农光互补处理与对照组相比的新鲜果实收获重量情况：a) T1-44%-c-Si，b) T2-69%-c-Si，c) T3-50%-CdTe-blue，d) T4-50%-CdTe-red，e) T5-69%-LSC-red，f) T6-53%-LSC-red，g) 对照组。（关于图中颜色参考的解释，请参阅本文的网页版本。）

在正常情况下，植株的果实产量在成熟后会增加，在达到峰值后会在栽培期结束时下降。图11展示了对照组以及T2-69%-c-Si、T3-50%-CdTe-blue和T5-69%-LSC-red处理的这一趋势。相比之下，T1-44%-c-Si处理的产量在整个收获期间呈现出上升趋势；而T4-50%-CdTe-red和T6-53%-LSC-red处理的产量在最后四周保持接近最大水平。这种不同做法导致的新鲜果实产量差异可能归因于该时期光照供应有限。此外，这些处理的植株在最后几周的果实形状和大小也变得异常（小于商业标准尺寸10-15厘米，如图12所示），表明在相同的营养环境和条件下其生命周期已终止。因此，分析其他参数（如总产量和每个果实的新鲜重量）将有助于我们更深入地理解农光互补处理的效果。

图12. 收获的健康辣椒的大小。图13显示，T3-50%-CdTe-blue处理在产生高品质果实方面的显著优势，其产量比其他处理及对照组高出43%。其他处理的平均品质大致相似，其中T6处理的产量最低。T2-69%-c-Si处理的产量仅增加了9%，T1-44%-c-Si和T5-69%-LSC-red处理的产量分别增加了14%，T4-50%-CdTe-red处理的产量增加了12%，这些处理是效果较好的选项。

3.4. 关键能源和生产指标
总收获新鲜重量是评估农光互补处理效果的主要指标。根据图14，T1-44%-c-Si、T3-50%-CdTe-blue和T5-69%-LSC-red处理在给定条件下实现了辣椒的最大收获产量，分别比对照组提高了138%、78%和91%。在这三种处理中，T5处理的提升效果最显著（p值=0.0329）。如果接受较低的置信水平（p值=0.08），T1-44%-c-Si和T3-50%-CdTe-blue也可以被认为是具有显著影响的处理。由于这种差异在统计显著性阈值上较小，样本数量较少可能是主要原因。因此，这三种处理可以被视为最具积极效果的屋顶覆盖方案，适用于进一步的能源分析。它们可以像商业温室中的遮阳屏一样，维持最大生产力。建议设计一种屋顶集成农光互补温室，以满足温室的能源需求，而不会对产量产生负面影响。然而，PAR变化与作物生产力之间的直接关联受到多种因素的限制，包括处理之间产量差异的统计显著性不一致、栽培期间PAR测量的时间和空间不足，以及PAR透射和光谱过滤的综合效应，这些因素没有被单独考虑，因此无法将产量响应完全归因于PAR。

表3. 1英亩温室上屋顶集成农光互补STPV模块的尺寸和能源供应结果。
参数 选定的处理 对应的STPV模块
T1-44%-c-Si BSG-275/44-F ASP-ST1-40
T3-50%-CdTe-blue LUMO 20M100GH 屋顶覆盖面积 11跨 x 44模块（东向）
T5-69%-LSC-red LUMO 20M100GH 11跨 x 140模块（东向）
总STPV模块数量 968 3080 968
每年辣椒温室总能耗 49,400千瓦时/英亩 49,400千瓦时/英亩 49,400千瓦时/英亩
每年总产量 27,900公斤/英亩 27,900公斤/英亩 27,900公斤/英亩
每年辣椒温室单位能耗 1.77千瓦时/公斤 1.77千瓦时/公斤 1.77千瓦时/公斤
PV系统总容量 266.25千瓦直流 122.52千瓦直流 97.48千瓦直流
每年农光互补系统总发电量 255,297千瓦时 137,452千瓦时 99,182千瓦时
每年农光互补系统单位发电量 9.15千瓦时/公斤 4.93千瓦时/公斤 3.55千瓦时/公斤
农光互补供应比率 516.8% 278.2% 200.8%

4. 讨论
在本研究中， Ontario省Ilderton的两个相同温室中安装了六种农光互补处理（T1-44%-c-Si、T2-69%-c-Si、T3-50%-CdTe-blue、T4-50%-CdTe-red、T5-69%-LSC-red和T6-53%-LSC-red）。研究了意大利辣椒品种Piccante De Cayenna在这些处理下的生长情况，并设置了全日照对照组，以评估其遮荫效应的农艺优势和劣势。T1-44%-c-Si、T3-50%-CdTe-blue和T5-69%-LSC-red处理的产量分别比对照组提高了138%、78%和91%。它们的优异表现归因于它们能够优化光照量、光谱质量和减轻热应力。T5-69%-LSC-red通过将高能光子转化为与叶绿素吸收匹配的红光波长，促进了生物量的积累。T3-50%-CdTe-blue增加了蓝光的可用性，改善了气孔导度并促进了叶绿素的合成，同时过滤掉了多余的热量。T1-44%-c-Si提供了平衡的辐射减少和更宽的光谱传输，减少了光抑制和日灼现象。虽然本研究没有实验性地分离出光谱效应，但观察到的叶绿素含量和产量差异表明光谱过滤起着重要作用。某些农光互补处理下较高的叶绿素浓度可能反映了遮荫适应反应和生理性能的改善。

尽管关于辣椒（特别是辛辣品种）的农光互补研究有限，但这些结果与现有研究进行了对比，总结在表4中。虽然产量变化与透明度没有线性关联，因为还受到位置、季节、周围结构、模块高度、光谱过滤、辣椒品种和微气候条件等因素的影响，但所有STPV处理都对总新鲜果实重量产生了中性到积极的影响。本研究中观察到的较高产量增益主要归因于2025年安大略省南部异常炎热、干燥和阳光充足的夏季，而这在前三年并未发生；同时，阳光过强导致叶片和果实质量下降，从而减少了对照组?产量（图16）。此外，本研究评估了多种PV过滤技术，从而能够识别出表现最佳的处理方式，而不是依赖单一的遮阳STPV。T1-44%-c-Si、T3-50%-CdTe-blue和T5-69%-LSC-red处理提供了平衡的光照水平，而不足或过度的过滤则降低了其他处理的产量，这与先前的研究结果一致（Jeeatid等人，2017年）。此外，不同品种对光照的敏感性以及STPV的高度也可能导致与先前报道的农光互补辣椒研究结果的差异。

温室的碳排放作为重要的经济因素，可以通过使用太阳能光伏来缓解。本研究调查了在加拿大气候条件下将太阳能光伏集成到温室中的可能性。即使在部分屋顶覆盖的情况下，三种选定的STPV模块系统也能分别供应1英亩辣椒温室每年总能源需求的516.8%、278.2%和200.8%。这表明基于温室屋顶的农光互补技术具有巨大的潜在供应能力，能够为现代HVAC技术（如热泵）提供动力，从而进一步减少对化石燃料的依赖并降低整体碳足迹。

然而，本研究也存在一些局限性。首先，SAM模拟假设了固定的年能耗值。供暖、制冷或照明负荷的变化会影响实际的每小时、每天和每月的覆盖比率。其次，未评估植物产量的季节性变化。所有实验及其相应结果都是基于夏季的四个月期。尽管STPV模块可以起到遮阳屏的作用，将过多的太阳辐射降到最低，但将选定的STPV配置的成功性能外推到全年运行并不一定有效。在夏季之外，自然光照不足可能需要补充人工照明，这将导致额外的能源消耗。第三，夏季温室没有进行适当的调节，导致微气候有时会超出理想状态，这可能会影响处理组和对照组植物的生产力。第四，一些潜在的变异性因素由风和风扇等次要因素引入，这些因素影响了授粉过程。此外，光伏（PV）组件的安装高度被设定为最低限度，以避免干扰植物生长，有意创建了一个保守的（最坏情况）遮荫场景，即植物与面板之间的间距较小。这种设置限制了到达植物冠层的太阳辐射，并减少了来自相邻种植区的干扰，有助于在最大遮荫条件下评估STPV（太阳能-光伏）系统的性能。然而，在实际应用中，如果光伏组件的安装位置更高且覆盖更均匀，将会实现更均匀的遮荫效果，PAR（光合有效辐射）梯度更加平缓，边缘效应也会减弱，从而可能提高作物的响应一致性。最后但同样重要的是，温室负荷与光伏发电之间存在一定程度的不匹配，但这可以通过电网连接来管理。尽管屋顶农光互补系统（agrovoltaics）每年产生的能量可能超过温室的实际需求，但其发电曲线可能与小时的负荷不匹配。因此，这一领域需要进一步研究。

为了解决这些问题，建议在条件良好的温室中进行更多的实验，种植全年生长的植物，并收集更多样本和多个生长周期的数据，以考虑太阳辐射强度的季节性变化，并在可接受的变化范围内比较不同处理方案的效果。除了温度和湿度（Hayibo和Pearce, 2025）之外，对光线强度和光谱分布的实时监测与控制将显著提升农光互补温室的性能。结合使用传感器、物联网（IoT）平台和决策支持算法可以实现自适应的遮荫/照明策略（Yauri等人, 2025）。进一步的能源、成本和环境分析可以评估利用并网屋顶农光互补系统为传统温室加装热泵的可行性。这类研究还有助于评估太阳能发电与夏季以外使用补充人工照明所带来的额外能源需求之间的权衡。智能控制技术（Naidu等人, 2025）可以进一步提高农光互补系统的电力跟踪和电网交互能力。此外，还可以测量每种农光互补阵列下辣椒的辣度（以斯科维尔热单位Scoville Heat Units计），以评估光照特性对辣椒品质的影响。虽然这项研究主要关注技术、农艺和能源性能，但其实际应用还取决于社会接受度和利益相关者的采纳程度。光伏系统的接受度受公众认知、意识和用户体验的影响（Khurshid等人, 2025）。在农光互补系统中，社区偏好、美学考虑、土地利用问题以及人们所认为的经济和环境效益在公众支持中起着关键作用（Jamil等人, 2026; Jamil和Pearce, 2025b）。

5. 结论

本研究实验性地研究了三种农光互补处理方案对意大利辣椒品种Piccante De Cayenna生长指标的影响，这些处理方案分别使用了六种不同的光伏组件：T1-44%-c-Si、T2-69%-c-Si、T3-50%-CdTe-blue、T4-50%-CdTe-red、T5-69%-LSC-red和T6-53%-LSC-red，并将结果与全日照对照组进行了比较。实验在加拿大安大略省Ilderton的两个相同温室中进行，时间从2025年4月28日持续到8月29日。在种植期间，测量并记录了三个生长指标：植物高度、叶片叶绿素含量和鲜重。虽然T2-69%-c-Si和T3-50%-CdTe-blue处理组的植物在成熟期高度超过了70厘米，但其他处理组的植物平均高度基本保持不变。尽管对照组植物最初产生的叶绿素含量更高且更稳定（38 μg/cm2），但在成熟期T2-69%-c-Si和T5-69%-LSC-red处理组的叶绿素浓度显著增加（≥64 μg/cm2）。T1-44%-c-Si、T3-50%-CdTe-blue和T5-69%-LSC-red处理组的总产量分别比对照组提高了138%、78%和91%，其中T5-69%-LSC-red处理组的提升效果具有最高的统计显著性（p值=0.0329）。即使以稍低的置信阈值（p=0.08）来看，T1-44%-c-Si和T3-50%-CdTe-blue处理组也被认为具有显著效果。这三种处理方案被选为最有效的屋顶覆盖方案，用于后续的能量分析。

屋顶农光互补系统的能量模拟是在SAM软件中进行的。由于商业温室的屋顶结构限制，模型中无法完全覆盖所有区域，导致顶部一行未被覆盖。一个面积为一英亩的温室的gable屋顶可以安装968 BSG-275/44-F、2080 ASP-ST1-40或968 LUMO 20M100GH光伏组件。这些农光互补系统分别可以提供266.25 kWdc、122.52 kWdc和97.48 kWdc的发电能力，每年产生的电量分别为255,297 kWh、137,452 kWh和99,182 kWh，对应的覆盖比率分别为516.8%、278.2%和200.8%。

**Nima Asgari的作者贡献声明：**
负责撰写、审阅与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法论设计、实验设计、数据分析以及数据质量控制。
**Joshua M. Pearce的作者贡献：**
负责撰写、审阅与编辑、初稿撰写、数据验证、项目监督、资源协调、资金申请、数据分析以及概念规划。