본 연구에서는 자연광 이용 온실의 재배면적을 최대화 하기 위하여 작물생강 모델링, 태양의 위치 및 일사량을 이용하여 2단재배 시스템을 위한 한계일사량 산정 모델, 2단재배 광환경 분성 모델을 개발하였다. 그리고 광환경의 변화에 따른 작물 생장 지체시간을 이용하여 작물의 생산량이 최대가 될 수 있는 한계 일사량의 값을 산정하여 2단 재배 시스템을 최적 설계 하였다. 2단재배 시스템의 최적설계를 위한 분석결과 총 생산량이 약 3.669 kg (d.m.)${cdot}m^{-2}{cdot}yerar^{-1}$이며, 기존 재배방식보다 130.2 %의 생산 증대 효과를 잦는 것으로 계산 되었다. 이와 같은 다단재배 시스템은 온실 내부의 공간을 효율적으로 이용하여 제배면적 대비 에너지 투입 비용을 절감 할 것으로 기대 된다.