光伏溫室技術的發展與應用

張曦文 劉鐵東 徐永

摘要：該文簡述了光伏溫室作為一種新型的溫室技術形式，其所具有清潔環保，低碳高效，可兼顧栽培生產和光伏發電等特點。歸納了該技術在應用過程中受到地理位置、氣候、材料和設計等制約因素的影響。總結了近幾年來，光伏溫室在能量平衡、光分布與模擬、覆蓋材料等方面的進展，闡述了以新型的半透明型光伏材料為代表的光伏溫室新的發展方向。提出了適合中國國情、有較好應用前景的光伏溫室發展思路。

關健詞：光伏溫室；光分布；溫室結構

張曦文，劉鐵東，徐 永. 光伏溫室技術的發展與應用[J]. 農業工程技術，2017，37（32）：69-76.

農業生產的多樣性、能源利用的多元化和農業分工的差異化，使設施農業發展出新的形態。光伏溫室是農業生產高效化、集約化、智能化的集中體現[1]，它兼具高操作性和高可靠性，能有效抵御以病蟲草害和氣候災害為主要威脅的環境損害[2]，主動調整蔬菜生產時期[3]，有效的減少生產成本和能源消耗[4]。通過不同溫室類型和覆蓋材料的選擇與搭配，比較這些溫室的優缺點，發展新的溫室技術，從而達到降低能源消耗、減少生產成本的目的，這些都是溫室行業今后發展的重要方向[5，6]。

歐洲是溫室發展較早的地區，其中發源于南歐地區的“地中海溫室”分布最為廣泛，曾一度是最主要的溫室生產類型[7]。這種溫室以塑料為覆蓋材料，具有結構簡單、建造成本低、供熱要求少等特點[8-10]，但其明顯的缺點是冬季無法滿足蔬菜生長所需的光熱條件。因此，塑料覆蓋的溫室只適用于冬季氣候溫和、太陽輻射較為豐富的地區[11-13]。但這類地區的問題是，夏季高溫高光強，僅靠覆蓋雖然可以減少光照強度，但無法依靠自然通風來降低溫室內的溫度。因此，只能依靠空調、水冷、或遮陽系統進行溫度的控制。以意大利為例，大約20%到30%的溫室配備有制冷或制熱的空調設施[14]，這類系統不僅會增加額外的投資，還會直接增加能源消耗，降低生產效率。

另一方面，自然生態系統中的太陽輻射是自然界和常規農業生產的能量來源，傳統溫室的覆蓋如遮陽網、隔熱板等只能阻截和反射太陽輻射，不能對其進行有效的利用。不管是輻射量較多的夏天還是輻射量較少的冬天，其利用率都較低。特別是在冬天，還要依賴化石能源的投入來進行加溫。為降低現代溫室對化石能源消耗的依賴，出現了各種溫室調控技術，如空氣熱泵[15]、生物能[16]、光伏系統[17]等。完美的溫室要實現常規能源的零輸入，在新的溫室技術中，由光伏系統構成的光伏溫室，能夠有效截獲并利用多余的太陽輻射能量（圖4）[14]，提高能量利用效率，已經成為降低化石能源消耗的有效形式，取得了較大可喜的研究和應用進展。

溫室內過度的太陽輻射迫使人們控制其內部的微氣候環境，以防止對農作物造成損害。由于強太陽輻射與高空氣溫度直接相關，這就使控制系統變得十分復雜。光伏系統的引入可以在很大程度上解決過剩光能的利用問題。在光伏溫室中，過剩的光能被用來發電，并可為溫室的冷卻提供能量。光伏能源具有天然、環保、清潔、無噪音等的優點。光伏溫室能集約化地利用土地，生產效率高，既不會影響長期的農業生產，也不會對土壤的肥力產生危害[18]，在光輻射資源充足的熱帶和亞熱帶地區，還可以調控進入溫室的光輻射，從而減少過高的光強對植物造成的損傷[19]。光伏系統的設計一般要考慮以下幾個要素：位置朝向、遮蔭措施、環境溫度、輻照量、風速、PV電池板的比例等[20，21]。因此，光伏溫室設計必須充分考慮環境因素，氣候環境、覆蓋度、安裝角、土壤、海拔高度、風（空氣流通）、覆蓋材料類型、材料結構、培養植物類型、優化調控系統[22]等，這些因素都會影響到溫室內外的能量平衡和利用[23]。因此，在光伏溫室的實際應用中，必須綜合考慮上述因素，才能充分發揮自身的功能和優勢。本文將對國外近年來在光伏溫室研究方面的進展做一綜述，供全國有關方面的科研人員設計和應用時的參考。

一、光伏溫室內的光強分布

作物生長對光照有絕對的依賴性，一般而言，損失1%的光照就會導致減產1%[24]。但在光照資源充沛的地區，過多的太陽輻射可能會妨害作物的生長，這類地區的溫室可以發揮重要的輻射調節作用[25]。早期的光伏溫室因為覆蓋度過大，導致輻照量不足，無法完成正常的植物生產。在和傳統的溫室覆蓋材料對比中，可以發現光伏溫室材料的遮光率存在顯著的差異（圖1）。當前，為確保溫室屋頂上的光伏模塊不會影響到作物正常的光合作用，溫室頂部光伏板的投射面積一般要控制在溫室面積的25%到50%的臨界值之內[18，26]。但作物生長所需要的溫度和有效輻射都依賴于入射到溫室內的光強水平，通常，光伏溫室內的溫度、濕度分布比較均勻，而光照強度則會隨著時間和位置而發生明顯的變化[26]。

為了實現較高的自然光利用效率，減少能耗水平，必須在發電和植物種植中找到平衡，這也是光伏溫室研究的主要方向。一方面，為了提高輻照量和入射光的均勻性，可以在溫室的迎光面上將PV板布置成格珊型（圖2）[27]，這樣就可以在保證入照輻射的基礎上提高光分布的均勻性，并且可以實現 PV模塊達到50%的最高遮光率。另一方面，一種新型的動態光伏溫室結構也開始投入使用（圖3）。其特點是PV板動態可調，能自動適應太陽高度角，自動尋找最優的溫室內輻射強度供給植物生長，同時由于PV板的遮蔭作用，可以避免強光對作物的損害。具體而言，動態光伏溫室具有以下四個優點：1）根據作物的需求形成不同的遮蔭效果，達到控制光照強度的目的；2）有效地在光伏發電和植物生產間實現平衡；3）減少由于PV板的反射帶來的光能損失；4）可以實現更高的PV板覆蓋率（圖4）[27]。

這種格柵式的布置方法已經受到業內學者的關注和應用，當PV板覆蓋率為12.9%時，溫室可以獲得720W的最高光伏發電量，PV模塊的遮光效果也能達到最佳[28]。當PV模塊覆蓋率為10%時，改結構的溫室并不會對西紅柿的產量和生產成本產生顯著的影響[29]。但PV模塊的排列方式則會顯著影響透射效果。棋盤式排列方式透射光的均勻度要遠遠好于線性排列，Welsh洋蔥的種植實驗表明，其在線性排列的PV模塊下遮蔭嚴重，而在棋盤式排列下所受的影響則大大減少[30]。

二、光伏溫室的能量平衡

光伏溫室能量平衡的研究著重關注以下兩個方面問題，一是光伏模塊的發電能力，二是溫室內作物的生產水平。在歐洲，光伏發電的規模從2004年的1GW上升到2013年的88GW[31]，但其中由溫室貢獻的比例仍然較小。以意大利為例，2012年只有6%的發電來自溫室上面所覆蓋的PV板[32]。日本學者Yano[33]在2005年就已經用溫室頂部放置的PV模塊進行發電，并用汽車蓄電池儲電，從而驅動可控的通風系統。栽培作物的生產力水平受到溫室內的溫度[34]、相對濕度[35]、光照水平[36]和CO2濃度[37]等微氣候因素的影響[38]，這些因素同時影響著真菌和病毒的傳播與繁殖[39]。同時，通過環境控制，在溫室內能有效地調控栽培作物的培育時間，實現如反季生產等高經濟附加值的栽培生產方式。

光伏模塊的布置方式在很大程度上影響著作物的生產水平和溫室內的能量水平，在指定地點計算太陽高度角變化時，南北方向低傾斜角模塊的溫室能產生更多的電能[40]。光伏模塊面積僅占溫室面積0.2%的光伏發電就已足夠驅動溫室內的通風系統[41]。這表明光伏模塊的規模有足夠的擴展空間并形成更大的負載能力。然而，隨著PV模塊面積的增加，在PV模塊下的陰影區域也會增加，因此植物的生長也將受到影響。除了PV模塊面積的大小外，在屋頂上光伏模塊的位置和方向也是影響發電能力和遮蔭水平的重要因素。例如，在北半球南北走向的溫室里，安裝在溫室屋頂最北端的光伏模塊具有最小的投影面積。當其傾斜角度為0時，該光伏模塊將獲得最大的發電量[42]。對于一個東西走向的溫室，朝南的屋頂適合用于鋪設光伏發電模塊，但這時光伏模塊在溫室內產生的陰影最大。當50%的屋頂區域被光伏（PV）模塊覆蓋時，光伏系統的引入將使溫室內的太陽輻射減少64%。溫室內太陽輻射的分布在南北方向上有一定的梯度，在南側壁上能接收到更多的太陽能輻射，到了溫室的中心部分輻射逐漸減少[43]。由于PV模塊的遮光作用，它對溫室內植物的鮮重和干重都具有一定的負面影響，在PV模塊覆蓋了13%的溫室屋頂下種植威爾士洋蔥的結果表明，作物產量的平均損失為25%[44]。在PV模塊覆蓋了9.8%的溫室屋頂下種植番茄的實驗結果表明，它對所生產水果的大小、硬度和顏色都有負面影響[45]。但對于羅勒和黃瓜的種植，當溫室屋頂上的光伏模塊覆蓋度低于20%時，其生物產量和干重都沒有受到顯著的影響[46]。

使用不透明和半透明的PV模塊有助于更好地實現溫室內輻射的可控性，實現更加優化的植物生長環境[47]。因此，如何在溫室內形成既滿足植物生長需求的基本光照條件，又可以充分挖掘太陽輻射的發電潛力，同時還可控制遮蔭規模，就成了光伏溫室研究的核心問題[48]。實現這一目的的三個主要技術方向分別是：光伏溫室的設計優化[49]；高透明度的光伏材料[50]和有機光伏材料[51]的研發；以及高適應性的植物物種選擇與培育[52]。

三、光伏溫室覆蓋材料的應用

覆蓋材料是封閉溫室中影響微氣象條件最重要的因素，玻璃、半硬性的塑料、塑料薄膜等是最常用于溫室的覆蓋材料。與大田種植相比，這些覆蓋材料是決定溫室能否有效避免不利的天氣條件，營造相對穩定的適宜作物生長的溫室微氣候環境的重要因素。通過調節覆蓋材料對可見光和紅外光的透射率，可以實現對溫室內氣候的調節。在太陽輻射中有接近50%的能量來自波長700-2500 nm的近紅外輻射（NIR），40%的能量來自于光合有效輻射（PAR），即波長介于400-700 nm間的可見光，而在波長為500 nm左右太陽輻射的能量最強[53]。一般意義上的透射系數指的是300-2500 nm間透過覆蓋材料的太陽輻射，其中PAR的透射系數決定了可以被植物有效利用的光輻射，會顯著影響溫室的功能及植物的生長發育，因此也是透射系數中最重要的部分。長波輻射能量在溫室內的損失程度取決于覆蓋材料對波長高于3000 nm輻射的透射率。而在室溫下7500-12500 nm是溫室對外輻射能量最大的波長范圍[54]。溫室內的氣溫受到覆蓋材料輻射系數的影響，這是長波紅外熱輻射能量的量度：如果覆蓋材料有較高的透射系數，溫室內損失的能量也較高。

因此，溫室覆蓋材料的透射特性在降低能耗方面有著重要的作用[49]。在溫室的冷熱調節中都能進行能量存儲的創新型覆蓋材料就會極大地推動商業性溫室行業的持續發展。此外，使用能改變太陽輻射光譜分布的覆蓋材料可以有效地促進植物的生長，從而取代農用化學品。在最近的幾十年里，研究人員一直致力于改善玻璃類覆蓋材料的輻射特性，而近些年來塑料薄膜已經成為最廣泛的溫室材料[49]。塑料薄膜與玻璃有很大的不同，其特點是低成本，且只要一個較輕的支撐架。此外，它們具有良好的光學、熱學和機械性能，具有良好的抗化學性能，并且具有相當大的抗微生物降解的能力。不同種類的塑料薄膜是由不同的原料和添加劑制成的，下面將列出在溫室中最常用的幾種塑料薄膜覆蓋材料。

（1）低密度聚乙烯（LDPE）

低密度聚乙烯是最常用的覆蓋材料，具有良好的機械和輻射性能。在波長范圍為200-2500 nm的情況下，LDPE薄膜的總透射率與玻璃相似。另一方面，在更長波長的紅外輻射中，LDPE具有較高的透射率。

（2）乙烯醋酸乙烯酯（EVA）

它是乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物，其特點是在長波紅外輻射的透射率較低，能減少溫室內熱紅外的能量損耗。

（3）乙烯基-四氟乙烯共聚物（ETFE）

這是一種新型的薄膜材料，它具有非常好的輻射度性能，兼具高可見光透射率和低紅外輻射透射率。ETFE的成本比LDPE和EVA要高，但其使用壽命可長達15年。

表1給出了上述溫室覆蓋材料的平均透射率。雖然塑料薄膜的透射率比玻璃高近10%，但LDPE的紅外透射率超過50%，對溫室效應有負面影響，EVA的透射率達到25%左右，ETFE接近10%。但這三種材料在PAR上的透射率都高于玻璃的透射率，且相差不大。

四、半透明光伏材料的發展

可再生能源的生產、生產活動的多樣化、光伏技術的發展和綜合系統的進步共同促進了光伏溫室的發展[55]。傳統的光伏硅太陽能電池板是不透明的，也不能使太陽輻射穿透進溫室。因此，在這種溫室下種植植物就會出現問題，而且很難產生溫室效應來改善作物的微氣候條件。此外，由于溫室內不同部位的光照分布不均，各種被動調控措施，如遮陽網和熱護罩、自然或強制通風、噴水或蒸發水等的效益均不突出。這些都使得光伏電池材料的研發成為解決這項技術發展瓶頸的關鍵技術。當前光伏產業的目標是制造半透明的光伏薄膜電池，這項技術促進了對剩余太陽能的開發和利用，除了直接用于冷卻系統外還可以將剩余的電能直接輸出，創造額外的效益等。為了解決這個問題，研究人員正在開發一種具有部分透明特性的太陽能電池材料，這種材料可以在柔性板或半透明的硬板上進行安裝，從而使植物在受保護的環境中生長時也能獲得所需的陽光。

一種典型的半透明光伏電池材料對入射的太陽光具有選擇透過的特性，通過把太陽光光譜分成植物光合作用部分和PV發電部分，可以兼顧植物生產和光伏發電。由于作物栽培時特別重要的是在400-700 nm波長范圍內的陽光，這段光譜就被指定為光合作用輻射（PAR）。波長超過700 nm的輻射可以用于栽培植物之外的其他用途。Sonneveld等人[56]開發了一種溫室屋頂光伏系統，這種系統可以讓植物生長所需的光合有效輻射穿過光伏電池材料，但卻能捕獲近紅外輻射，用于發電和蓄熱。菲涅耳透鏡溫室能夠直接利用光束密度的特性，將入射光分為直射和漫射兩個部分，屋頂能夠收集直射到光伏板和熱量收集模塊上的太陽光輻射，而漫射部分則不受影響，可以直接照射到植物上[57]。實驗結果表明，通過技術的發展和精巧的設計完全可以實現兼顧植物生長和溫室控制所需電力的太陽能光伏溫室[30]。一旦研發出透射率較好的光伏薄膜電池，這一目標即可實現。Marucci的實驗結果表明，光伏薄膜能取得較好的透射效果（圖6）[58]。光伏薄膜材料對于波長大于650 nm光的透射率較低，在可見光部分只有EVA薄膜的50%，而EVA薄膜材料有接近90的透射率，光伏薄膜電池可透過很多近紅外光，而對遠紅外光的透射率幾乎是零。

一旦確定了光伏電池的透過率和透過光譜的分布，就可以在光伏屋頂上用柔性的半透明光伏電池板替代傳統的剛性和不透明的普通硅面板。易彎曲的新型光伏電池板可以隨意鋪設，陽光充足時可進行遮陽發電，陽光低于或接近植物需要之時可完全收起，從而具有較高的可調節性能。這些半透明的晶片材料必須確保溫室內的光照達到植物所需的太陽輻射水平，并產生足夠的溫室效應。通過這種方式，我們就可以將電力生產與農業生產結合起來，利用光伏電池來生產電能。

另一種典型的發展方向是顆粒性的半透明光伏材料，其結構較為特殊。這種光伏模塊由微型太陽能電池構成，且分布調節較為靈活，例如布置1500個微型球形太陽能電池于108 mm×90 mm的平面上，能夠實現39%的覆蓋率。相同面積布置500個電池，可實現13%的覆蓋率。兩者太陽能轉化為電能的效率分別為4.5%和1.6%，可見光伏模塊整體的能量轉化效率十分穩定[59]。

顆粒性半透明光伏電池體積小，各向同性的感光能力強，是新型的熱門太陽能電池材料[60]。雖然在溫室中，屋頂和側壁的方向不同，但顆粒性太陽能電池沒有方向性的偏好。由于這個原因，電池在不同的陽光照射角度下都會持續地進行發電。因此，它們適用于嵌入式的溫室的屋頂和側壁。使用半透明的PV模塊可以兼顧發電和溫室內作物的生產，它所產生的電力足夠供溫室內其他環境控制設備的用電需求[58，61，62]。在混合型的光伏系統中，其組件可能包括光伏太陽電池板、轉換器、充電控制器和電池組。使用PV板和制冷模塊可以兼顧發電和制冷[63]，將PV板和加熱模塊混用，則可兼顧發電和供熱[64]。使用PV板和近紅外反射模塊可以有效提高能量的利用效率[65]。用不透明的PV模塊覆蓋50%的南北走向的溫室屋頂會降低64%的太陽輻射，覆蓋東西走向的溫室屋頂將降低82%，用半透明的PV模塊進行覆蓋則降低46%[26]。

五、光伏溫室內光環境的擬合

溫室內微氣候的精準模擬，是布置溫室的先決條件。溫室的幾何結構和方位，覆蓋材料的輻射度特性，屋頂PV板的分布，溫室的位置等都極大地影響著進入溫室的光合有效輻射的多少[66]。手動測量的方法很難準確地反應溫室內的整體光照水平，數學軟件模擬和氣象資料的擬合結果表明，數學模擬的結果可以控制在實際值的20%以內，能夠作為自動控制的參考[67]。

Fatnassi[68]用計算流體動力學（CFD）模型模擬了兩種不同的光伏溫室（非對稱式和Venlo式），模擬了太陽輻射分布、熱空氣、水蒸氣和動力學參數，考慮了作物的覆蓋特性和作物與氣流之間的相互作用。光伏電池板陣列的兩種排列方式為直線和棋盤式布局。

對溫室內的熱、動力和輻射場進行模擬的結果表明：（1）太陽輻射在Venlo溫室中比在不對稱的溫室中分布更均勻。平均而言，非對稱溫室平均太陽輻射的透過率為41.6%，而Venlo溫室氣體的平均透過率為46%。（2）與直線排列相比，棋盤式光伏板的安裝改善了溫室內光照空間分布的均勻度。

在歐盟EN13031-1標準的光伏溫室中，使用Autodesk? Ecotect? Analysis （Autodesk，Inc.，San Rafael，CA，USA）[69]對日光及加上不同光伏模塊后溫室內的日照量的分析表明，假設玻璃透射率τg=0.95，構成PV板的塑料結構的內表面的反射率ρp=0.81，水泥地板的反射率為ρp=0.55，同時計入其他可能的影響因素，在0%，20%，30%和50%覆蓋率下的計算及擬合結果如下，其中CR=0%時，DF為71.4%，CR=50%時，DF=50%。

在此模型的計算過程中所用的參數包括：

晝光系數（采光系數）DF （daylight factor）：在室內給定平面上的一點，由直接或間接地接收來自假定或已知亮度分布的天空漫射光而產生的照度與同一時刻該天空半球在室外無遮擋水平面上產生的天空漫射光照度之比。

覆蓋系數CR（cover ratio）：被PV電池板覆蓋部分的面積與溫室屋頂總面積之比。

暴露系數 PE（exposed percentage）：未被PV電池板覆蓋部分的面積與溫室屋頂總面積之比。

模擬計算后得到的擬合公式為[70]： （1） DF=0.4262CR+70.954；（2） ΔDF=0.4379CR；（3） PE=0.5789CR+77.53；（4） ΔPE= 0.5708CR

六、光伏溫室未來的發展

綜上所述，光伏溫室在近些年來已經取得了一些進步，各項技術也日臻成熟，但其在發展過程中也會受到多種不同因素的影響。在未來發展的方向上，我們要著重關注以下幾個方面的趨勢：

（1）開發高效的光伏面板，提高光伏發電效率，降低生產成本，同時開發出地區適應性更廣的光伏發電材料；（2）加強自動化控制系統的研制，實現在不同光照條件下透光系數可調的光伏溫室系統，以適應不同氣候條件及不同種植品種的需求；（3）提高對現有光伏溫室系統模擬的準確率，為光伏溫室的設計和生產布置奠定良好的理論基礎；（4）重視覆蓋材料以外的建筑材料，以節能高效為主要目標，構建溫室基礎結構，全面系統地完善光伏溫室結構；（5）發展適宜溫室生產的高效節能的空調系統及其它溫度調節技術，有效降低溫室的能耗；（6）培育適合市場和環境需求的植物栽培品種，使光伏溫室真正貼近生產，實現較高的經濟和社會效益。

從總體上看，光伏溫室目前還處于發展的初級階段，國內也有不少研究機構和企業做了很多很好的嘗試，有成功的例子，也有失敗的教訓。但這些工作大多數是嘗試性的或試驗性的，很少看到有學者對光伏溫室做系統的理論和實驗研究的文章。本文綜述了能夠找到的迄今為止國外在這方面的研究成果，可以看出，國外有不少學者在這方面確實做了不少踏踏實實的工作，可以供國內同行在做相關研究時的參考和借鑒。希望這篇文章能夠起到拋磚引玉的作用，促進國內光伏溫室事業的發展。

參考文獻

[1] Djevic M，Dimitrijevic A. Energy consumption for different greenhouse constructions[J]. Energy，2009，34（9）：1325–31.

[2] Dannehl D，Josuttis M，Ulrichs C，et al. The potential of a confined closed greenhouse in terms of sustainable production，crop growth，yield and valuable plant compounds of tomatoes[J]. J Appl Bot Food Qual 2014，87：210–9.

[3] Vadiee A，Martin V. Energy management strategies for commercial greenhouses[J]. Appl Energy 2014，114（2）：880–8.

[4] Chen J，Xu F，Tan D，et al. A control method for agricultural greenhouses heating based on computational fluid dynamics and energy prediction model[J]. Appl Energy 2015，141（1）：106–18.

[5] Hanan JJ. Greenhouses. Advanced technology for protected cultivation[M]. CRC Press：1998.

[6] Nelson P. Greenhouse operation and management[M]. 6th ed. CRC Press：2003.

[7] Bonachela S，Granadosa MR，López JC，et al. How plastic mulches affect the thermal and radiative microclimate in an unheated low-cost greenhouse[J]. Agric For Meteorol 2012，152（15）：65–72.

[8] Marucci A，Gusman A，Pagniello B， et al. Limits and prospects of photovoltaic covers in mediterranean greenhouse[J]. J Agric Eng 2013，44（1）：1–8.

[9] Marucci A，Monarca D，Cecchini M，et al. Use of semi-transparent photovoltaic films as shadowing systems in mediterranean greenhouses[J]. Lect Notes Comp Sci 2013，7972（2）：231–41.

[10] Pérez-Parra JJ，Baeza E，Montero JI，et al. Natural ventilation of parral greenhouses[J]. Biosyst Eng 2004，87（3）：89–100.

[11] Bartzanas T，Tchamitchian M，Kittas C. Influence of the heating method on greenhouse microclimate and energy consumption[J]. Biosyst Eng 2005，91 （4）：487–99.

[12] Montero JI，Castilla N，Gutiérrez de Ravé E，et al. Climate under plastic in the Almería area[J]. Acta Hortic 1985，170：227–34.

[13] López JC，Baille A，Bonachela S，et al. Analysis and prediction of greenhouse green bean （Phaseolus vulgaris L.） production in a mediterranean climate[J]. Biosyst Eng 2008，100（1）：86–95.

[14] Maurizio Carlini，Tommaso Honorati，and Sonia Castellucci. Photovoltaic Greenhouses： Comparison of Optical and Thermal Behaviour for Energy Savings[J]. Mathematical Problems in Engineering 2012： 291-300.

[15] Benli H，Durmus A. Evaluation of ground-source heat pump combined latent heat storage system performance in greenhouse heating[J]. Energy Build 2009，41：220–8.

[16] Esen M，Yuksel T. Experimental evaluation of using various renewable energy sources for heating a greenhouse[J]. Energy Build 2013，65：340–51.

[17] Chow TT. A review on photovoltaic/thermal hybrid solar technology[J]. Appl Energy 2010，87：365–79.

[18] Tudisca，S.，Di Trapani，A.M.，Sgroi，F.，et al. Assessment of Italian energy policy through the study ofna photovoltaic investment on greenhouse[J]. African J.Agric.Res.，8（24）， 3089-96.

[19] Lopez-Marin，J.，Galvez，A.，Gonzalez，A.，et al. Effect of shade on yield，quality andphotosynthesis-related parameters of sweet pepper plants[J]. Acta Hortic.，956， 545-552.

[20] Mondol J，Yohanis YG，Norton B. Optimising the economic viability of gridconnected photovoltaic systems[J]. Appl Energy 2009，86：985–99.

[21] Yano A，Furue A，Kadowaki M，et al. Electrical energy generated by photovoltaic modules mounted inside the roof of a north–south oriented greenhouse[J]. Biosyst Eng 2009，103（2）：228–38.

[22] M. Carlini，D. Monarca，P. Biondi，et al. A simulation model for the exploitation of geothermal energy for a greenhouse in the viterbo province.in Proceedings of the International Conference Ragusa SHWA，Work Safety and Risk Prevention in Agro-food and Forest Systems，pp. 621–629， Ragusa Ibla Campus， Italy，2010.

[23] M.Carlini，S.Castellucci，M. Guerrieri，et al. “Stability and control for energy production parametric dependence，” Mathematical Problems in Engineering，vol.2010，Article ID 842380，21 pages，2010.

[24] Kla ¨ring，H.-P.，& Krumbein，A.（2013）. The effect of constraining the intensity of solar radiation on the photosynthesis，growth，yield and product quality of tomato. Journal of Agronomy and Crop Science，199，351e359.

[25] Lo ?pez-Mar??n，J.，Ga ?lvez，A.，Gonza lez，A.，et al. （2012）. Effect of shade on yield，quality and photosynthesis-related parameters of sweet pepper plants. Acta Horticulturae，956，545e552.

[26] Cossu M，Murgia L，Ledda L，et al. Solar radiation distribution inside a greenhouse with south-oriented photovoltaic roofs and effects on crop productivity[J]. Appl Energy 2014，133：89–100.

[27] Alvaro Marucci，Andrea Cappuccini. Dynamic photovoltaic greenhouse：Energy efficiency in clear sky conditions[J]. Applied Energy，2016，170：362–76.

[28] Yano A，Kadowaki M，Furue A，et al. Shading and electrical features of a photovoltaic array mounted inside the roof of an east–west oriented greenhouse. Biosyst Eng 2010，106（4）：367–77.

[29] Urena-Sanchez R，Callejon-Ferre AJ，Perez-Alonso J，et al. Greenhouse tomato production with electricity generation by roof-mounted flexible solar panels[J]. Sci Agric 2012，69（4）：233–9.

[30] Kadowaki，M，Yano，A，Ishizu，F，et al. Effects of greenhouse photovoltaic array shading on Welsh onion growth[J]. Biosystems Engineering，2012，111（3） ：290-297.

[31] EPIA. （2014）. Global Market Outlook for photovoltaics 2014-2018. European Photovoltaic Industries Assoc. Brussels， Belgium. ISBN 9789082228403 Retrieved from.

[32] GSE. （2013）. Rapporto statistico fotovoltaico[in Italian]. Gestore Servizi Energetici. http：//www.gse.it/it/Conto%20Energia/Risultati%20incentivazione/Pages/default.aspx.

[33] Yano，A.，Tsuchiya，K.，Nishi，K. et al. （2005b）. Development of a power saving greenhouse side window controller driven by photovoltaic energy. Journal of the Japanese Society of Agricultural Machinery[J]. 2005，67：100-110.

[34] Sethi VP，Sharma SK. Survey and evaluation of heating technologies for worldwide agricultural greenhouse applications[J]. Sol Energy 2008，82（9）： 832-59.

[35] Kim K，Yoon JY，Kwon HJ，et al. 3-D CFD analysis of relative humidity distribution in greenhouse with a fog cooling system and refrigerative dehumidifiers[J]. Biosyst Eng 2008，100（2）：245-55.

[36] Ioslovich I. Optimal control strategy for greenhouse lettuce： incorporating supplemental lighting[J]. Biosyst Eng 2009，103（1）：57-67.

[37] Korner O，Vant Ooster A，Hulsbos M. Design and performance of a measuring system for CO2 exchange of a greenhouse crop at different light levels[J]. Biosyst Eng 2007，97（2）：219-28.

[38] Yano A，Kadowaki M，Furue A，et al. Shading and electrical features of a photovoltaic array mounted inside the roof of an eastwest oriented greenhouse[J]. Biosyst Eng 2010，106（4）：367-77.

[39] Mesmoudi K，Soudani A，Zitouni B，et al. Experimental study of the energy balance of unheated greenhouse under hot and arid climates： study for the night period of winter season[J]. J Assoc Arab Univ Basic Appl Sci 2010，9：27-37.

[40] A.Yanoa，A. Furuea，M. Kadowakia，et al. Electrical energy generated by photovoltaic modules mounted inside the roof of a north–south oriented greenhouse[J]. Biosystems engineering 2009，103：228-238.

[41] Yano，A.，Tsuchiya，K.，Nishi，K.，et al. Development of a greenhouse side-ventilation controller driven by photovoltaic energy[J]. Biosystems Engineering，2007，96（4）：633-641.

[42] Yano，A.，Furue，A.，Kadowaki，M.et al. Electrical energy generated by photovoltaic modules mounted inside the roof of a northesouth oriented greenhouse[J]. Biosystems Engineering， 2009，103（2）：228-38.

[43] Marco Cossu，Lelia Murgia，Luigi Ledda，et al. Solar radiation distribution inside a greenhouse with south-oriented photovoltaic roofs and effects on crop productivity[J]. Applied Energy 2014，133：89–100.

[44] Kadowaki M，Yano A，Ishizu F，et al. Effects of greenhouse photovoltaic array shading on Welsh onion growth[J]. Biosyst Eng 2012，3：290–7.

[45] Ure·a-Sánchez R，Callejón-Ferre ·J，Pérez-Alonso J，et al. Greenhouse tomato production with electricity generation by roof-mounted flexible solar panels[J]. Sci Agric 2012，69（4）：233–9.

[46] Minuto G，Bruzzone C，Tinivella F，et al. Fotovoltaico sui tetti delle serre per produrre anche energia[J]. Suppl LInform Agrario 2009，10：16–21.

[47] Vox，G.，Teitel，M.，Pardossi，A.，et al. （2010）. Chapter 1： Sustainable greenhouse systems. In A. Salazar，&I.Rios; （Eds.），Sustainable agriculture： Technology，planning and management. New York，NY：Nova Science.

[48] Schettini，E.，De Salvador，F. R.，Scarascia-Mugnozza， G.，et al. Radiometric properties of photoselective and photoluminescent greenhouse plastic films and their effects on peach and cherry tree growth[J]. J. Hortic. Sci. Biotechnol.， 2011，86（1）：79-83.

[49] Wenger，E.，Teitel，M. Design of a concentrated photovoltaic system for application in high tunnels[J]. Acta Hortic.，2012，952：401-407.

[50] Yano，A.，Onoe， M.，& Nakata，J. Prototype semitransparent photovoltaic modules for greenhouse roof applications[J]. Biosyst.Eng.，2014，122：62-73.

[51] Emmott，J.M.C.，R·hr，J. A.，Campoy-Quiles，M.，et al. Organic photovoltaic greenhouses：a unique application for semitransparent PV？[J]. Energy Environ. ci.，2015，8（4）：1317-28.

[52] Klaring，H. P.，Krumbein，A.The effect of constraining the intensity of solar radiation on the photosynthesis，growth， yield and product quality of tomato [J]. J. Agron. Crop Sci.，2013，199（5）：351-9.

[53] J.A. Duffie and W.A. Beckman，Solar Engineering of Thermal Processes，John Wiley & Sons，New York，NY，USA，1991.

[54] R.Siegel and J.R. Howell，Thermal Radiation Heat Transfer， McGraw-Hill，New York，NY，USA，1972.

[55] M.Carlini，T. Honorati， and S. Castellucci， “Photovoltaic greenhouses：comparison ofoptical and thermal behaviour for energy savings，”Mathematical Problems in Engineering，vol. 2012，Article ID 743764，10 pages，2012.

[56] PJ Sonneveld ，G Swinkels，G Bot，et al. Feasibility study for combining cooling and high grade energy production in a solar greenhouse[J]. Biosystems Engineering，2010，105（1）：51-58.

[57] Sonneveld，PJ.，Swinkels，G.，Tuiji，B.，et al. Performance of a concentrated photovoltaic energy system with static linear Fresnel lenses[J]. Solar Energy，2011，85（3）：432-442.

[58] Alvaro Marucci，Danilo Monarca，Massimo Cecchini，et al. The Semitransparent Photovoltaic Films for Mediterranean Greenhouse：A New Sustainable Technology[J]. Mathematical Problems in Engineering，2012（2）：295-308.

[59] Akira Yano，Mahiro Onoe，Josuke Nakata. Prototype semi-transparent photovoltaic modules for greenhouse roof applications[J]. Biosystems Engineering，2014，122（3）：62-73.

[60] Biancardo，M.，Taira，K.，Kogo， N.，et al. Characterization of microspherical semi-transparent solar cells and modules[J]. Solar Energy，2007，81： 711-716.

[61] Yano A，Onoe M，Nakata J. Prototype semi-transparent photovoltaic modules for greenhouse roof applications[J]. Biosyst Eng 2014，122：62–73.

[62] Dai S，Wang K，Weng J，Sui Y，Huang Y，Xiao S，et al. Design of DSC panel with efficiency more than 6%[J]. Sol Energy Mater Sol C 2005，85（3）：447–55.

[63] Al-Shamiry FMS，Ahmad D，Sharif ARM，et al. Design and development of a photovoltaic power system for tropical greenhouse cooling[J]. Am J Appl Sci 2007，4（6）：386–9.

[64] Nayak S，Tiwari GN. Energy and exergy analysis of photovoltaic/thermal integrated with a solar greenhouse[J]. Energy Build 2008，40：2015–21.

[65] Sonneveld PJ，Swinkels GLAM，Bot GPA，et al. Feasibility study for combining cooling and high grade energy production in a solar greenhouse[J]. Biosyst Eng 2010，105：51-8.

[66] Gupta，R.，Tiwari，G.N.，Kumar，A.，et al. Calculation of total solar fraction for different orientation of greenhouse using 3D-shadow analysis in Auto-CAD[J]. Energy Build.，2012，47：27-34.

[67] S. Castellano，P. Santamaria，F. Serio Photosynthetic photon flux density distribution inside photovoltaic greenhouses，numerical simulation and experimental results[J]. Applied Engineering in Agriculture 2016（6）：861-869.

[68] Hicham Fatnassi，Christine Poncet，Marie Madeleine Bazzano，et al. A numerical simulation of the photovoltaic greenhouse microclimate[J]. Solar Energy 2015，120（4）：575-584.

[69] Autodesk Ecotect Analysis. 2011. User reference manual. Available from：http：//usa.autodesk.com/ecotect-analysis/.

[70] Sergio Castellano. Photovoltaic Greenhouses： Evaluation of Shading Effect and its Influence on Agricultural Performances. Journal of Agricultural Engineering，Vol 45，No 4 （2014）.