Se realizaron estudios experimentales sobre el cultivo de tomates (L.) en la Universidad Agrícola de Shandong, China, desde 2022 hasta 2023. Tres patrones de cultivo fueron diseñados de la siguiente manera: una orientación norte-sur con un espaciado de hilera de 1,40 m (NS-1,4m), una orientación norte-sur con un espaciado de hilera de 1,80 m (NS-1,8m) y una orientación este-oeste con un espaciado de hilera de 1,80 m (EW-1,8m). Se construyó un modelo de planta estructural funcional utilizando la plataforma de modelado interactiva de código abierto de GroIMP para el cultivo de tomates. Se simuló y analizó el crecimiento de las plantas, así como la distribución de la luz y la capacidad de intercepción de luz del dosel del cultivo. Se analizaron los impactos de estos patrones de cultivo en el crecimiento, características fotosintéticas, tiempo de maduración de frutos, calidad y rendimiento de las plantas de tomate. Los estudios revelaron que en comparación con el tratamiento NS-1,4m, la intercepción de luz del dosel de las plantas de tomate bajo los tratamientos NS-1,8m y EW-1,8m aumentó un 6,08% y un 9,80% en un cultivo de invierno-primavera y un 6,80% y un 19,76% en un cultivo de otoño-invierno, respectivamente. La altura de las plantas, área foliar, acumulación de materia seca sobre el suelo, tasa de fotosíntesis neta de las hojas, así como el licopeno, vitamina C y la relación azúcar-ácido de la fruta mostraron tendencias crecientes, mientras que la maduración de los frutos se aceleró. El rendimiento de los tratamientos NS-1,8m y EW-1,8m aumentó un 3,92% y un 6,18% en un cultivo de invierno-primavera y un 4,17% y un 9,78% en un cultivo de otoño-invierno, respectivamente. Se utilizó modelado de ecuaciones estructurales para analizar más a fondo los datos, confirmando que el cultivo con orientación este-oeste y espaciado amplio entre hileras es beneficioso para el cultivo de tomates en invernaderos solares chinos. Este patrón de cultivo maximiza la intercepción de luz del dosel, lo que conduce a una mejor calidad y rendimiento de la fruta. En general, este estudio proporciona información valiosa para optimizar el patrón de cultivo de los cultivos de invernadero solar.