陳健 王玲俊

摘要：搜集2011年以來國(guó)內(nèi)外有關(guān)農(nóng)光互補(bǔ)的文獻(xiàn)，將其梳理為光伏種植、光伏溫室和光伏養(yǎng)殖3個(gè)部分，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，光伏種植的研究開始較早，且受到較多關(guān)注，其次是光伏溫室，再次是光伏養(yǎng)殖;光伏種植與光伏溫室的研究?jī)?nèi)容較相似，主要涉及作物生產(chǎn)和光伏發(fā)電的平衡、兩者之間的協(xié)同以及農(nóng)光系統(tǒng)的優(yōu)化;目前在光伏養(yǎng)殖方面的項(xiàng)目實(shí)踐并不少，但這方面的研究較缺乏。未來應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以完善：加強(qiáng)各學(xué)科之間的協(xié)作，進(jìn)行跨學(xué)科研究;從全局視角對(duì)一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的農(nóng)光互補(bǔ)進(jìn)行統(tǒng)籌安排，并作出相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià);增加光伏養(yǎng)殖方面的研究，重點(diǎn)關(guān)注光照減少對(duì)所養(yǎng)殖生物的生長(zhǎng)及生態(tài)環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞：農(nóng)光互補(bǔ);光伏種植;光伏溫室;光伏養(yǎng)殖

中圖分類號(hào)：S214.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）05-0001-09

收稿日期：2021-07-02

基金項(xiàng)目：江蘇省社會(huì)科學(xué)基金（編號(hào)：20GLD010）;南京工程學(xué)院高層次引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金（編號(hào)：YKJ202024）。

作者簡(jiǎn)介：陳 健（1985—），男，江蘇江陰人，博士研究生，講師，從事產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)與管理、光伏農(nóng)業(yè)等研究。E-mail：c.j1125@163.com。

大力發(fā)展可再生能源，有效應(yīng)對(duì)氣候變化，促進(jìn)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型已成為全球廣泛共識(shí)[1]。在此背景下，光伏系統(tǒng)的應(yīng)用被認(rèn)為潛力巨大，其在光捕獲方面的效率甚至超過了光合作用[2]。將光伏系統(tǒng)安裝在露天區(qū)域可使成本降至最低，這也導(dǎo)致一些光伏電站建在農(nóng)用地上，從而引發(fā)能源生產(chǎn)和糧食生產(chǎn)之間的“爭(zhēng)地”矛盾。因此，發(fā)展農(nóng)光互補(bǔ)成為一種解決方式。農(nóng)光互補(bǔ)也被稱為農(nóng)光一體化，它是指在同一塊土地上既進(jìn)行光伏發(fā)電又進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)一地兩用，并強(qiáng)調(diào)光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的相互影響、競(jìng)合關(guān)系以及耦合共生。農(nóng)光互補(bǔ)源于Goetzberger等在1982年提出的太陽能轉(zhuǎn)化和作物種植共存（coexistence）的想法[3]，直到2011年才開始在全球范圍內(nèi)陸續(xù)開展項(xiàng)目實(shí)踐[4]，發(fā)展至今已具有一定規(guī)模。Schindele等指出，2017年以來日本、法國(guó)、美國(guó)馬薩諸塞州、韓國(guó)和中國(guó)政府在農(nóng)光互補(bǔ)的應(yīng)用和推廣方面引入了相關(guān)政策[5]，這些國(guó)家的農(nóng)光互補(bǔ)市場(chǎng)已經(jīng)領(lǐng)先于其他地區(qū)，其中中國(guó)的規(guī)模最大，同時(shí)其他國(guó)家也正在跟進(jìn)中。德國(guó)Fraunhofer光伏系統(tǒng)部門開展了多個(gè)農(nóng)光項(xiàng)目，其中位于Heggelbach農(nóng)場(chǎng)的項(xiàng)目表明，在農(nóng)地上方5 m高處安裝太陽能電池板后，土地利用效率能提高近2倍。印度新能源和可再生能源部申明，到2022年在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域建立近26 GW太陽能發(fā)電能力，這對(duì)于印度這樣的農(nóng)業(yè)大國(guó)而言意義非凡[6]。Schindele等認(rèn)為，目前全世界的農(nóng)光項(xiàng)目數(shù)已超過2 200個(gè)[5]，這些項(xiàng)目的裝機(jī)容量在整個(gè)光伏裝機(jī)容量中占有一定比例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年年底，中國(guó)并網(wǎng)發(fā)電的農(nóng)光項(xiàng)目裝機(jī)容量在光伏裝機(jī)容量中的占比約為7%（數(shù)據(jù)搜集于中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)http：//www.escn.com.cn/，并進(jìn)行了整理）。鑒于農(nóng)光互補(bǔ)在全球范圍內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀和潛力，靈位結(jié)合近10年來學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行的初步研究，因此有必要對(duì)這些研究進(jìn)行梳理和總結(jié)，以便為今后的研究指明方向，從而促進(jìn)農(nóng)光互補(bǔ)在全球范圍內(nèi)更好地發(fā)展。本文對(duì)光伏種植、光伏溫室和光伏養(yǎng)殖3個(gè)方面的研究進(jìn)行全面綜述，將這3個(gè)方面的研究成果進(jìn)行對(duì)比，分析相互之間的聯(lián)系、區(qū)別，揭示現(xiàn)有研究的不足，指出未來的研究應(yīng)從哪些方面進(jìn)行完善。

1 光伏種植

1.1 作物種植與光伏發(fā)電的平衡

1982年，德國(guó)Fraunhofer太陽能系統(tǒng)研究所（ISE）的Goetzberger等提出太陽能轉(zhuǎn)化和作物種植共存（coexistence）的想法，而在此之前，用于太陽能轉(zhuǎn)化的土地被認(rèn)為無法作為他用。這里的共存特指對(duì)太陽能發(fā)電裝置進(jìn)行改造，使土地能同時(shí)用于作物種植。具體做法是將太陽能集熱器提高到地面上方2 m，并增加它們之間的間距，以避免對(duì)作物造成過度遮擋。其認(rèn)為這些光伏系統(tǒng)僅占用了1/3的土地和光照資源，且進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)可以提高其在作物生產(chǎn)中的適用性[3]。

1.1.1 光伏設(shè)施對(duì)作物種植的影響 大約過了30年，法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院（INRA）的Dupraz等結(jié)合上述想法首次提出“agrivoltaic”的概念。該研究團(tuán)隊(duì)在法國(guó)蒙彼利埃附近建立了第1個(gè)光伏農(nóng)場(chǎng)，并在農(nóng)場(chǎng)中的4個(gè)相鄰地塊種植同一種作物，其中2個(gè)在全日照（作為對(duì)照）下，另外2個(gè)分別在標(biāo)準(zhǔn)密度和半密度的光伏陣列下。研究結(jié)果表明，雖然光伏板的架設(shè)遮擋了作物生產(chǎn)所需的陽光，從而降低了作物產(chǎn)量，但光伏板遮陰減少了蒸騰作用，并可能提高水利用效率（water use efficiency，WUE），關(guān)鍵是要在光伏電力生產(chǎn)和作物生產(chǎn)之間找到平衡。此外，他們提出用土地當(dāng)量比（land equivalent ratio，LER）測(cè)量農(nóng)光系統(tǒng)的效率，LER=YcropinAV/Ymoncrop+YelectricityAV/YelectricityPV。其中：YcropinAV表示農(nóng)光系統(tǒng)中作物的產(chǎn)出;Ymonocrop表示單獨(dú)將土地用于耕種作物的產(chǎn)出;YelectricityAV表示農(nóng)光系統(tǒng)中光伏的產(chǎn)出;YelectricityPV表示單獨(dú)將土地用于光伏發(fā)電的產(chǎn)出。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)的應(yīng)用可使土地產(chǎn)出增加35%～73%，即LER位于1.35～1.73，進(jìn)而體現(xiàn)出該系統(tǒng)的高效[7]。之后，同為法國(guó)國(guó)家農(nóng)科院的Marrou沿著Dupraz的思路在該領(lǐng)域進(jìn)行更加深入細(xì)致的研究。他們首先以生菜為對(duì)象探討其在光伏板局部遮陰（50%和70%的入射輻射量）下的產(chǎn)量和輻射利用效率（radiation use efficiency，RUE），結(jié)果發(fā)現(xiàn)單位可用輻射量的生菜產(chǎn)量并未減少，甚至有所提高。主要由于類似生菜這類植物可以適應(yīng)農(nóng)光系統(tǒng)的環(huán)境，它會(huì)以更強(qiáng)的光捕獲能力來部分或全部彌補(bǔ)可用光照的減少。生菜主要通過擴(kuò)大葉片總面積的方式來增強(qiáng)光捕獲的能力，同時(shí)總?cè)~片數(shù)量有所下降，說明生菜葉片在該過程中發(fā)生了形態(tài)上的改變，導(dǎo)致葉片分布與原來不同。可見，農(nóng)光系統(tǒng)可以通過選擇合適的作物品種和光伏板的特別布置進(jìn)行優(yōu)化，從而找到食品生產(chǎn)和電力生產(chǎn)的最佳協(xié)作方式[8]。隨后，Marrou等擴(kuò)大了試驗(yàn)對(duì)象，繼續(xù)以生菜、黃瓜和硬質(zhì)小麥為對(duì)象，探究農(nóng)光系統(tǒng)下的小氣候環(huán)境，并評(píng)估作物生長(zhǎng)率（crop growth rate）是否受光伏板遮陰的影響。結(jié)果表明，遮陰下的日均作物溫度和作物生長(zhǎng)率并沒有顯著變化;由于土地溫度的變化，作物的葉片排放率（leaf emission rate）有顯著改變，但僅僅發(fā)生在生菜和黃瓜生長(zhǎng)的幼年期。結(jié)果顯示，小型農(nóng)光系統(tǒng)與封閉的溫室系統(tǒng)不同，應(yīng)將其作為露天生產(chǎn)系統(tǒng)來看待。因?yàn)樵谵r(nóng)光系統(tǒng)中，除了作物的日均可用光照有所減少，其他作物冠層的小氣候參數(shù)與露天生產(chǎn)系統(tǒng)并沒有顯著差異。所以，應(yīng)更多關(guān)注農(nóng)光系統(tǒng)中作物的光照減少問題，而不是從露天生產(chǎn)系統(tǒng)到農(nóng)光系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換問題[9]。Marrou等進(jìn)一步對(duì)太陽能電池板的遮陰如何影響土壤-作物系統(tǒng)中的水流進(jìn)行分析，通過計(jì)算農(nóng)光系統(tǒng)中生菜和黃瓜生長(zhǎng)過程中水分的實(shí)際蒸散（actual evapotranspiration，AET），發(fā)現(xiàn)光伏板遮蓋下作物的水分蒸散量減少了14%～29%，具體程度要視遮陰程度和作物生長(zhǎng)情況而定。原因主要在于光伏板遮陰下作物生長(zhǎng)氣候需求（climate demand）的減少，而水利用效率并未有所提高。該研究結(jié)果表明，通過選擇土壤覆蓋迅速的作物品種，可以提高農(nóng)光系統(tǒng)的水利用效率，這有助于增強(qiáng)光捕獲能力，并減少土壤中水分的蒸發(fā)，從而為植物蒸騰和生物生長(zhǎng)留下更多的水[10]。

1.1.2 作物種植與光伏發(fā)電的平衡方法 Dupraz等的研究是開創(chuàng)性的，他們提出農(nóng)光互補(bǔ)的概念，并對(duì)農(nóng)光系統(tǒng)中作物的生長(zhǎng)進(jìn)行全面研究，得出了很多結(jié)論，為后續(xù)研究和農(nóng)光系統(tǒng)的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。從他們的研究結(jié)論可以得知，農(nóng)業(yè)種植與光伏發(fā)電的耦合可以是有效率的，但需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，即在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和光伏發(fā)電之間進(jìn)行平衡，形成兩者之間較好的協(xié)作關(guān)系。該關(guān)系的形成可以從2個(gè)方面著手，一是作物選擇，二是光伏設(shè)施的調(diào)整。對(duì)于前者而言，Beck等認(rèn)為，在光伏板下種植的作物必須為耐陰作物[11];對(duì)于后者而言，Harinarayana等通過模型研究發(fā)現(xiàn)，光伏板距離耕地5 m高，并保持光伏陣列的間距為7.6 m或11.4 m，且將光伏板按棋盤樣式排列，這種情況下耕地的光照減少較小，從而不影響作物生長(zhǎng)。且由于陽光中含有有害的紫外線A和B，預(yù)計(jì)中午時(shí)分陽光的減少可以幫助植物生長(zhǎng)，進(jìn)而提高產(chǎn)量[12]。Hassanpour等對(duì)位于俄勒岡州立大學(xué)校園內(nèi)1個(gè)約為2.42 hm2光伏農(nóng)場(chǎng)2015年5—8月的微氣候和土壤濕度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)光伏板下各區(qū)域生物量生產(chǎn)和土壤水分含量具有極大差異，造成該結(jié)果的原因是光伏陣列產(chǎn)生的陰影具有異質(zhì)性。他們建議未來的農(nóng)光系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)通過優(yōu)化光伏電池板的擺放來消除這一異質(zhì)性[13]。此外，Valle等提出應(yīng)用移動(dòng)光伏板來提高土地總產(chǎn)量[14]，即太陽跟蹤系統(tǒng)[15]。類似地，Elamri等建議使用動(dòng)態(tài)的農(nóng)光裝置，他們認(rèn)為該裝置易于增加生產(chǎn)的空間均勻性，并認(rèn)為該裝置應(yīng)從組件尺寸、控制策略和灌溉優(yōu)化方面進(jìn)行多重改進(jìn)[16]。Liu等則提出半透明光伏板，該光伏板只透射作物生長(zhǎng)所需要的光，以此來提高農(nóng)光系統(tǒng)的效率[17]。

近年來，我國(guó)學(xué)者也對(duì)農(nóng)業(yè)種植與光伏發(fā)電的耦合模式進(jìn)行相關(guān)研究。魏來等將上述模式稱為農(nóng)光耦合系統(tǒng)[18]，將其定義為在光伏電站建設(shè)過程中，利用所架設(shè)光伏板下方的空間進(jìn)行農(nóng)作物種植所形成的一種復(fù)合系統(tǒng)[19]。與國(guó)外相似，我國(guó)也在一些地區(qū)開展了田間試驗(yàn)，研究光伏板遮陰對(duì)作物生長(zhǎng)的影響?；?015—2016年在江蘇省連云港市生態(tài)光伏區(qū)進(jìn)行的試驗(yàn)，陳鳳等研究了光伏板遮陰對(duì)連麥2號(hào)、連麥6號(hào)、連麥7號(hào)、連麥8號(hào)、淮麥33、淮麥39、徐麥30、徐麥33、徐麥35、保麥2號(hào)、保麥5號(hào)、保麥6號(hào)等12個(gè)小麥生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)連麥7號(hào)、連麥8號(hào)和徐麥33的產(chǎn)量高于其他品種，更能適應(yīng)弱光條件[20]。單成鋼等分析光伏發(fā)電與丹參種植耦合模式下的光照變化及丹參生長(zhǎng)情況，試驗(yàn)地點(diǎn)為山東沂南，丹參種植時(shí)間為2017年3月。結(jié)果表明，當(dāng)日照時(shí)數(shù)能達(dá)到 720 h （無遮陰下的70%）以上時(shí)，對(duì)丹參生長(zhǎng)不具有顯著影響[21]。王加真等通過在光伏發(fā)電過程中引入濾光膜技術(shù)，對(duì)茶葉種植和光伏發(fā)電的耦合模式進(jìn)行改進(jìn)，并于2018年4—8月在貴州省遵義市的茶園內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果顯示，濾光膜可將入射茶園的陽光進(jìn)行光譜分離，在阻擋紫外線和紅外線的同時(shí)將茶葉生長(zhǎng)需要的紅藍(lán)光透過，可以提高茶葉品質(zhì)[22]?；谡憬髮W(xué)紫金港校區(qū)為期1年多的田間試驗(yàn)，魏來等對(duì)農(nóng)光耦合系統(tǒng)中甘薯的生長(zhǎng)發(fā)育情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)光伏板的架設(shè)對(duì)甘薯生長(zhǎng)有一定的影響，但該不利影響可通過農(nóng)作技術(shù)加以改進(jìn)，此外，其認(rèn)為農(nóng)光耦合系統(tǒng)的應(yīng)用可以提高單位土地面積的經(jīng)濟(jì)效益，該系統(tǒng)有較好的推廣前景[18]。張加強(qiáng)等分析農(nóng)光耦合系統(tǒng)中油用牡丹產(chǎn)量的性狀影響因素，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)中對(duì)產(chǎn)量有顯著正效應(yīng)的3個(gè)因素為冠幅、結(jié)實(shí)率和單株種子，該結(jié)論為農(nóng)光耦合模式下油用牡丹的選育和栽培提供了理論依據(jù)[23]。綜上可知，我國(guó)學(xué)者所得出的結(jié)論基本與國(guó)外研究結(jié)果一致，即農(nóng)光耦合系統(tǒng)對(duì)作物生長(zhǎng)有一定影響，但可以通過作物選擇和技術(shù)改進(jìn)加以優(yōu)化。

1.2 光伏種植的相關(guān)效應(yīng)

同時(shí)，學(xué)者對(duì)農(nóng)光系統(tǒng)的應(yīng)用前景作出樂觀預(yù)估。Harinarayana等認(rèn)為，農(nóng)光互補(bǔ)可在印度乃至全世界得以順利實(shí)施[12]。在德國(guó)，由于這種對(duì)土地雙重利用的方式不會(huì)減少作物種植面積，人們會(huì)樂于接受它[24]。而在美國(guó)的鳳凰城都市統(tǒng)計(jì)區(qū)，上述想法的實(shí)施既可以滿足社會(huì)對(duì)清潔電力的需求，同時(shí)也可以起到保護(hù)周圍農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的作用，因此可考慮在該地區(qū)引進(jìn)此類項(xiàng)目[25]。Dinesh等開發(fā)了光伏生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耦合模型，用以評(píng)估農(nóng)光互補(bǔ)的技術(shù)潛力。結(jié)果表明，只需將美國(guó)生菜種植轉(zhuǎn)換為農(nóng)光互補(bǔ)方式，就可增加40～70 GW的光伏發(fā)電能力，說明農(nóng)光系統(tǒng)有巨大的應(yīng)用潛力[26]。

1.2.1 經(jīng)濟(jì)效益 隨著農(nóng)光技術(shù)的不斷發(fā)展，關(guān)系到其能否大規(guī)模推廣的經(jīng)濟(jì)因素逐漸受到學(xué)者的關(guān)注。事實(shí)上，上述農(nóng)光系統(tǒng)的優(yōu)化就是在給定經(jīng)濟(jì)背景下，進(jìn)行食品生產(chǎn)和能源生產(chǎn)的權(quán)衡[8]。Dinesh等將生菜種植和光伏發(fā)電的耦合模式（分為半密度光伏板和全密度光伏板）與單一模式（單獨(dú)的生菜種植）的經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)全密度光伏板農(nóng)光模式的年總經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高，為272 138美元/hm2;而單一模式為209 000美元/hm2，前者比后者高30%[26]。Malu等通過測(cè)算發(fā)現(xiàn)，印度葡萄農(nóng)場(chǎng)在應(yīng)用農(nóng)光技術(shù)后，其每年額外的發(fā)電收入為51 362美元/hm2，約為葡萄銷售收入（3 511美元/hm2）的15倍。進(jìn)而從光伏系統(tǒng)支出成本視角對(duì)農(nóng)光項(xiàng)目的投資回收期和投資回報(bào)率進(jìn)行敏感性分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)光伏系統(tǒng)的支出成本從2美元/W降至0.25美元/W時(shí)，項(xiàng)目投資回收期會(huì)從15.2年降至1.9年，其投資回報(bào)率會(huì)從4%提高至50%[27]。即隨著技術(shù)進(jìn)步和成本下降，農(nóng)光系統(tǒng)將會(huì)體現(xiàn)出更好的經(jīng)濟(jì)性。Valle等對(duì)比陽光定期跟蹤（regular tracking）和受控跟蹤（controlled tracking）2種光伏面板移動(dòng)模式下農(nóng)光項(xiàng)目的總產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)如果種植高附加值農(nóng)作物，受控模式可以體現(xiàn)出真正的經(jīng)濟(jì)收益[14]。Schindele等對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)的應(yīng)用進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，不同于以往的研究，他們以價(jià)格績(jī)效比率（price-performance ratio，ppr）來衡量農(nóng)光系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。ppr=PPb，其中：P表示農(nóng)光系統(tǒng)的價(jià)格;b表示農(nóng)光系統(tǒng)的績(jī)效。該比率大于1，表明農(nóng)光系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)協(xié)同性不夠高，是不盡合理的;而當(dāng)該比率≤1時(shí)，說明農(nóng)光系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)合理性。具體而言，該研究對(duì)德國(guó)境內(nèi)的一個(gè)農(nóng)光項(xiàng)目進(jìn)行案例分析，并測(cè)算在農(nóng)光系統(tǒng)中耕種有機(jī)土豆和冬小麥2種情況下的ppr，結(jié)果分別為0.85、4.62?？傮w而言，Schindele等不建議在作物輪作系統(tǒng)中采用農(nóng)光互補(bǔ)方式，該技術(shù)應(yīng)與永久性有機(jī)種植的經(jīng)濟(jì)作物結(jié)合使用，如漿果、水果、草藥、堅(jiān)果、藥用植物、啤酒花和釀酒葡萄等[6]。Agostini等對(duì)農(nóng)光系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)具有拉伸結(jié)構(gòu)的單軸太陽跟蹤、雙軸太陽跟蹤農(nóng)光系統(tǒng)的度電成本（levelized cost of electricity，LCOE）分別為89.5、88.9歐元/（MW·h），略高于地面光伏系統(tǒng)、屋頂光伏系統(tǒng)的度電成本，分別為84.7、75.4歐元/（MW·h）。進(jìn)而他們測(cè)算雙軸太陽跟蹤農(nóng)光系統(tǒng)、地面光伏系統(tǒng)和屋頂光伏系統(tǒng)的凈現(xiàn)值、內(nèi)含報(bào)酬率和投資回收期。凈現(xiàn)值結(jié)果顯示3類項(xiàng)目都是經(jīng)濟(jì)可行的，內(nèi)含報(bào)酬率分別為13%、14%、17%，投資回收期分別為9、8、6年[28]?？偟亩?，農(nóng)光系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)增加單位面積農(nóng)地的產(chǎn)出，給農(nóng)民帶來更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但如果與地面光伏系統(tǒng)和屋頂光伏系統(tǒng)相比，由于農(nóng)光系統(tǒng)的發(fā)電成本更高，其經(jīng)濟(jì)性要略差。

1.2.2 環(huán)境影響 除了經(jīng)濟(jì)方面，農(nóng)光系統(tǒng)的環(huán)境影響也是學(xué)者頗為關(guān)注的。相較于傳統(tǒng)的光伏發(fā)電，農(nóng)光系統(tǒng)的全球變暖潛能值（global warming potential，GWP）略高，但對(duì)比該系統(tǒng)在土地利用方面的優(yōu)勢(shì)，該差距并不明顯。Agostini等對(duì)農(nóng)光系統(tǒng)進(jìn)行更加全面的環(huán)境評(píng)價(jià)，內(nèi)容涉及氣候變化（溫室氣體排放）、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、呼吸性無機(jī)物產(chǎn)生、光化學(xué)臭氧形成和資源利用等。通過與其他同樣功能的技術(shù)（屋頂光伏、地面光伏、風(fēng)能、煤電、天然氣、玉米沼氣、高粱沼氣等）相比較，發(fā)現(xiàn)除風(fēng)能發(fā)電外，農(nóng)光系統(tǒng)的溫室氣體排放量最少。而在資源利用方面，農(nóng)光系統(tǒng)對(duì)礦物和金屬的消耗少于屋頂光伏和地面光伏，但多于其他各種發(fā)電形式。除上述2個(gè)方面外，其他方面的對(duì)比情況與溫室氣體排放基本一致，即高于風(fēng)能，低于其他形式[28]。說明農(nóng)光系統(tǒng)具有較好的環(huán)境效應(yīng)。

1.2.3 社會(huì)影響 此外，社會(huì)影響也逐漸受到學(xué)者的重視。眾所周知，農(nóng)光技術(shù)的應(yīng)用可以保障食品和能源安全[10]，但其社會(huì)接受程度仍有待進(jìn)一步提高。從目前的研究結(jié)果來看，農(nóng)光技術(shù)在各地有著不同的社會(huì)影響。在歐洲，民眾認(rèn)為農(nóng)光項(xiàng)目的建造會(huì)破壞環(huán)境景觀[29]。Irie等對(duì)農(nóng)光系統(tǒng)進(jìn)行全行業(yè)社會(huì)影響范圍（sector-wide social impact scoping，SSIS）調(diào)查，對(duì)象包括光伏農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者、農(nóng)場(chǎng)員工和附近居民。結(jié)果顯示，雖然很多農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者預(yù)計(jì)農(nóng)光系統(tǒng)的安裝總體上會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)面影響，但在考慮對(duì)全球和后代的影響后，農(nóng)光系統(tǒng)通常能被人們接受，且是廣泛接受[30]。由此可以預(yù)見，農(nóng)光系統(tǒng)未來將會(huì)有較好的社會(huì)認(rèn)可度。

2 光伏溫室

Poncet等指出，光伏板可以集成至受控環(huán)境農(nóng)業(yè)（controlled environment agriculture，CEA）中，并認(rèn)為農(nóng)業(yè)溫室與光伏發(fā)電的結(jié)合具有協(xié)同效應(yīng)：光伏發(fā)電滿足了農(nóng)業(yè)溫室的能源需求，從而縮短了溫室項(xiàng)目的投資回收期。同時(shí)，應(yīng)從整體上去評(píng)估光伏溫室（photovoltaic greenhouse，PVG）這類創(chuàng)新系統(tǒng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可接受性，并關(guān)注光伏發(fā)電和農(nóng)業(yè)溫室生產(chǎn)之間的平衡，以及從經(jīng)濟(jì)上意識(shí)到兩者是光伏溫室的基本組成部分。此外，光伏溫室的發(fā)展需要進(jìn)行跨學(xué)科的研究開發(fā)，包括溫室設(shè)計(jì)的優(yōu)化、光伏系統(tǒng)對(duì)作物有用波長(zhǎng)的透射以及選擇適應(yīng)光伏發(fā)電環(huán)境的作物等[31]。

2.1 溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與光伏發(fā)電的平衡

Kadowaki等分析2種類型光伏陣列[光伏覆蓋率（PV cover ratio，指光伏板覆蓋溫室大棚面積的百分比）為12.9%]的幾何排列對(duì)溫室中大蔥生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)選擇最佳傾斜角度的直線排列對(duì)光伏發(fā)電最有利。但是，直線排列光伏陣列遮擋了溫室中某些位置50%以上的光量子通量密度（PPFD），阻礙了植物生長(zhǎng)。而當(dāng)光伏陣列樣式為棋盤時(shí)，植物生長(zhǎng)可得到改善?？梢?，光伏陣列的幾何排列極大地影響了光伏板下植物的生長(zhǎng)[32]。Cossu等對(duì)朝南光伏溫室內(nèi)的太陽輻射分布及其對(duì)作物產(chǎn)量的影響進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)溫室效應(yīng)由于有限的太陽輻射而減弱，導(dǎo)致在1年中最冷月份的平均溫度低于最低閾值，限制了果實(shí)的生長(zhǎng)和成熟。說明當(dāng)50%的溫室棚頂面積受到光伏板遮擋時(shí)，溫室內(nèi)太陽能輻射年均減少量為64%，而在光伏板覆蓋區(qū)域?yàn)?2%，其他區(qū)域?yàn)?6%。所以，應(yīng)避免對(duì)溫室栽培進(jìn)行高度且持續(xù)的光照遮擋[33]。正是由于上述問題的存在，很多學(xué)者提出在溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和光伏發(fā)電之間進(jìn)行平衡的方案，即對(duì)光伏溫室進(jìn)行優(yōu)化。歐浪情等設(shè)計(jì)了一種由聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)大棚兩部分組成的光伏農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，通過將濾光膜貼在系統(tǒng)聚光器上，并與無濾光膜的情況進(jìn)行對(duì)比，分析濾光膜對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)有濾光膜情況下植物生長(zhǎng)的絕大多數(shù)形態(tài)指標(biāo)優(yōu)于無濾光膜情況下的植物生長(zhǎng)，將濾光膜應(yīng)用到光伏溫室可實(shí)現(xiàn)作物增收和作物品質(zhì)改善[34]。為了確定光伏溫室的主要設(shè)計(jì)參數(shù)（光伏覆蓋率、溫室高度和方向、光伏陣列樣式）與溫室內(nèi)可用太陽輻射之間的一般關(guān)系，以便為設(shè)計(jì)具有農(nóng)業(yè)可持續(xù)性的新一代光伏溫室系統(tǒng)提供參考，Cossu等對(duì)比分析歐洲較具代表性的4種商業(yè)光伏溫室的總輻射量，發(fā)現(xiàn)光伏覆蓋率每提高1%，年總輻射量減少0.8%;與東西向溫室相比，南北向溫室的平均累積總輻射量增加24%;光伏板的棋盤樣式排列和南北向平行排列都能提高溫室內(nèi)光分布的均勻性，這2種排列方式可作為下一代光伏溫室的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[35]。Cossu等估算上述4種光伏溫室中14種作物的產(chǎn)量，用以確定適合作物種植的光伏溫室類型?；谌绽鄯e光量（daily light integral，DLI），該研究對(duì)比光伏溫室內(nèi)部的光照情景與作物的光照需求，并估算作物的潛在產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)光伏覆蓋率為25%的溫室適用于包括高光照需求作物（西紅柿、黃瓜、甜椒）在內(nèi)的所有品種（該研究考慮的14種作物），該類溫室中作物的減產(chǎn)程度有限（低于25%），甚至可以忽略不計(jì)。而諸如蘆筍一類最佳DLI低于17 mol/（m2·d）的中光照需求作物和低光照需求作物可在光伏溫室內(nèi)種植，其光伏覆蓋率高達(dá)60%。只有DLI低于10 mol/（m2·d）的低光照需求花藝品種如一品紅、長(zhǎng)壽菜和龍血樹，才能在光伏覆蓋率為100%的溫室中種植[36]。祁娟霞等對(duì)比光伏日光溫室、光伏雙膜雙網(wǎng)大棚和光伏陰陽棚（分為陽棚和陰棚2種）內(nèi)部的環(huán)境差異，發(fā)現(xiàn)光伏日光溫室和光伏陰陽棚陽棚適宜果菜越冬生產(chǎn)，光伏雙膜雙網(wǎng)大棚冬季溫度較低，不適宜種植食用菌，而光伏陰陽棚陰棚則可用于食用菌種植[37]。此外，Allardyce等針對(duì)傳統(tǒng)不透明光伏板提出半透明光伏板，將其應(yīng)用至光伏溫室系統(tǒng)中可提高作物產(chǎn)量[38]。Gao等提出采用動(dòng)態(tài)光伏溫室將可持續(xù)的能源生產(chǎn)與植物栽培融為一體，通過調(diào)節(jié)太陽跟蹤角度，可提供更多的能源生產(chǎn)和微氣候控制的可能性[39-40]。

2.2 光伏溫室的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

中國(guó)是發(fā)展光伏溫室較早的國(guó)家之一，其總裝機(jī)容量在2014年年底就已達(dá)到612 MW[41]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年年底我國(guó)已并網(wǎng)發(fā)電光伏溫室項(xiàng)目的累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)3 984 MW[數(shù)據(jù)搜集于中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)http：//www.escn.com.cn/，并進(jìn)行整理]。Wang等在回顧中國(guó)現(xiàn)代溫室和太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況的基礎(chǔ)上，提出溫室系統(tǒng)與光伏發(fā)電的整合方案，進(jìn)而介紹中國(guó)各地已實(shí)施的光伏溫室工程項(xiàng)目，并以新疆維吾爾自治區(qū)的光伏溫室項(xiàng)目為例，對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析，發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目的投資回收期為8.7年，如果考慮光伏系統(tǒng)的價(jià)格下降，投資回收期可進(jìn)一步縮短。此外，該研究揭示了中國(guó)光伏溫室系統(tǒng)在實(shí)踐中存在的問題，主要包括缺少產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、補(bǔ)貼困境和技術(shù)障礙。最后指出發(fā)展先進(jìn)的光伏技術(shù)可以更好地蓄熱，并實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和光利用的平衡，從而促進(jìn)現(xiàn)代光伏溫室系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展[42]。同樣是基于國(guó)內(nèi)情況，Li等對(duì)5種不同類型的光伏農(nóng)業(yè)溫室系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析，發(fā)現(xiàn)它們的年投資回報(bào)率為9%～20%，投資回收期為4～8年，且這些系統(tǒng)的應(yīng)用能帶來巨大的社會(huì)效益，如提供就業(yè)、增加稅收、減排二氧化碳。此外，通過進(jìn)一步的敏感性分析發(fā)現(xiàn)，在包括上網(wǎng)電價(jià)的眾多因素中，光伏溫室系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)作物價(jià)格最敏感。光伏農(nóng)業(yè)公司應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注作物種植，而政策制定者應(yīng)將激勵(lì)從光伏電力生產(chǎn)轉(zhuǎn)向作物生產(chǎn)[43]。

3 光伏養(yǎng)殖

3.1 漁光互補(bǔ)及其相關(guān)效應(yīng)

除農(nóng)業(yè)種植和農(nóng)業(yè)溫室外，農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖（漁業(yè)養(yǎng)殖、畜牧養(yǎng)殖）也可與光伏發(fā)電進(jìn)行耦合。Pringle等指出，漂浮光伏（floating photovoltaic，F(xiàn)V）系統(tǒng)一旦與漁業(yè)養(yǎng)殖結(jié)合，就可形成農(nóng)光系統(tǒng)，他們將這一特殊的農(nóng)光系統(tǒng)稱為“aquavoltaic”[44]。通過使用合適的技術(shù)使光伏板漂浮在水體上，該類安裝技術(shù)被稱為漂浮光伏[45]。世界上首座漂浮光伏電站出現(xiàn)于2007年的日本愛知縣，其裝機(jī)容量?jī)H為 20 kW。隨后很多國(guó)家加入到建造漂浮光伏電站的行列，截至2018年，全球漂浮光伏項(xiàng)目超過300個(gè)，電站裝機(jī)容量達(dá)到1 314 MW。其中，中國(guó)是漂浮光伏市場(chǎng)最大的國(guó)家，占總裝機(jī)容量的75%。漂浮光伏與漁業(yè)養(yǎng)殖的結(jié)合具有潛在的協(xié)同效應(yīng)，如節(jié)水、可控的水生環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。但是兩者之間也存在一些潛在的不利因素，如生態(tài)影響和生物污染。由于該領(lǐng)域仍處于起步階段，光伏組件對(duì)魚類生長(zhǎng)及其產(chǎn)量的影響仍有待進(jìn)一步研究[44]。我國(guó)漁業(yè)養(yǎng)殖與光伏發(fā)電的耦合被稱為“漁光互補(bǔ)”，但并不局限于漂浮光伏與漁業(yè)養(yǎng)殖的結(jié)合。趙軼潔等認(rèn)為，漁光互補(bǔ)是在養(yǎng)殖水面上架設(shè)光伏板，從而形成“上可發(fā)電、下可養(yǎng)魚”的創(chuàng)新模式，漁光互補(bǔ)是新興產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的完美結(jié)合，再加上休閑農(nóng)業(yè)的開發(fā)，可形成一、二、三產(chǎn)業(yè)的疊加，充分提高土地的利用效率[46]。由于漁光互補(bǔ)模式下的光伏組件所處的是一個(gè)水上環(huán)境，與地面光伏和屋頂光伏等模式所處的環(huán)境不同，有學(xué)者對(duì)漁光互補(bǔ)電站發(fā)電性能的相關(guān)影響因素如放置方式[47]、太陽輻射[48]等進(jìn)行研究。如果僅從光伏發(fā)電單一方面來考慮，漁光互補(bǔ)發(fā)電的度電成本高于地面光伏[45]。但漁光互補(bǔ)還包括水產(chǎn)養(yǎng)殖部分，尤其是養(yǎng)殖一些附加值較高的喜陰魚類，可大大提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益[33]。漁光互補(bǔ)還具有較好的環(huán)境效應(yīng)，如在富營(yíng)養(yǎng)化的情況下減少藻類生長(zhǎng)，產(chǎn)生無CO2排放的清潔電能，通過防止蒸發(fā)來節(jié)省水資源。且由于在水體上安裝了光伏板，減少了清潔光伏模塊用水[49]，也為農(nóng)業(yè)、采礦、旅游和其他活動(dòng)節(jié)省了寶貴的土地。此外，與地面安裝的光伏系統(tǒng)相比，減少了鳥類與板的碰撞[50]，并可改善水庫水質(zhì)[51]。而其社會(huì)方面的效應(yīng)跟農(nóng)業(yè)種植與光伏發(fā)電耦合模式相似，包括節(jié)能環(huán)保、加快能源電力結(jié)構(gòu)調(diào)整、帶動(dòng)就業(yè)以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[52]。

3.2 牧光互補(bǔ)及其相關(guān)效應(yīng)

畜牧養(yǎng)殖與光伏發(fā)電的耦合在我國(guó)被稱為“牧光互補(bǔ)”[53]，該模式可以通過在養(yǎng)殖棚頂鋪設(shè)光伏板來實(shí)現(xiàn)，也可以通過直接將光伏設(shè)施作為養(yǎng)殖動(dòng)物的圍擋來實(shí)現(xiàn)。Lytle等認(rèn)為兔子養(yǎng)殖和光伏發(fā)電耦合共生模式具有多種協(xié)同作用：第一，減少太陽能農(nóng)場(chǎng)的運(yùn)維成本，約占太陽能收入的1.4%～7.9%;第二，源于兔子銷售或土地租金的經(jīng)濟(jì)收益增加，約占太陽能收入的1.0%～17.1%;第三，通過將現(xiàn)有的光伏設(shè)施（光伏板和支架）作為圍欄，為兔子養(yǎng)殖節(jié)省成本（高強(qiáng)度兔子養(yǎng)殖的最大成本），并保護(hù)兔子免受空中掠食者的侵害以及過多的陽光照射。此外，此類項(xiàng)目的開發(fā)會(huì)增加農(nóng)光互補(bǔ)的社會(huì)支持，并擴(kuò)大美國(guó)對(duì)兔肉的市場(chǎng)需求[54]。

4 總結(jié)與展望

4.1 研究總結(jié)

綜上可知，農(nóng)光互補(bǔ)有兩方面的含義，即狹義的農(nóng)光互補(bǔ)特指光伏種植，廣義的農(nóng)光互補(bǔ)則包括光伏溫室和光伏養(yǎng)殖。國(guó)外所提的“agrivoltaic”也有狹義和廣義之分，狹義的“agrivoltaic”是指光伏種植，就廣義而言，photovoltaic greenhouse和“aquavoltaic”都是其特殊形式。由此看來，我國(guó)的農(nóng)光互補(bǔ)和國(guó)外的“agrivoltaic”具有相同的內(nèi)涵?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，農(nóng)光互補(bǔ)的真正價(jià)值在于它可以同時(shí)生產(chǎn)食物和能源，為農(nóng)民帶來經(jīng)濟(jì)利益，并具有潛在的協(xié)同效應(yīng)。這對(duì)人口稠密的工業(yè)國(guó)家是具有吸引力的，因?yàn)檫@些國(guó)家的可再生能源擴(kuò)張變得越來越重要，但同時(shí)需要保護(hù)生產(chǎn)性農(nóng)田。農(nóng)光互補(bǔ)不可避免地會(huì)導(dǎo)致小氣候條件的改變，特別是太陽輻射的減少以及水平衡的變化。由于輻射是影響作物生長(zhǎng)的最重要因素之一，因此在光伏陣列下進(jìn)行耕作極有可能導(dǎo)致農(nóng)業(yè)產(chǎn)量下降。但在干旱年份，光伏板下的小氣候變化有助于產(chǎn)量穩(wěn)定，可以補(bǔ)償季節(jié)性氣候和作物產(chǎn)量的波動(dòng)。且隨著氣候條件的預(yù)期變化，這一點(diǎn)在將來可能變得更加重要。此外，對(duì)于一些耐陰作物，農(nóng)光互補(bǔ)的應(yīng)用可能是有益的;在炎熱、干旱的氣候條件下，農(nóng)光互補(bǔ)可以增加節(jié)水量并保護(hù)作物免受高溫和過度輻射的不利影響。

正如Weselek等所指出的那樣，農(nóng)光互補(bǔ)仍處于早期發(fā)展階段，其技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展具有很大空間[4]。相應(yīng)地，農(nóng)光互補(bǔ)自2011年提出以來，對(duì)其進(jìn)行研究的時(shí)間僅10年，同樣處于早期階段，未來需要更多的研究結(jié)合不同氣候條件和作物品種，評(píng)估其在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的適用性。盡管如此，通過對(duì)這些研究進(jìn)行梳理仍有以下幾點(diǎn)收獲：第一，從研究開始的時(shí)間來看，就本研究所搜集的文獻(xiàn)，光伏種植方面的研究開始較早（2011年），其次是光伏溫室的研究（2012年），較晚的是光伏養(yǎng)殖的研究（2015年）。值得一提的是，法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的研究團(tuán)隊(duì)在光伏種植、光伏溫室這2個(gè)方面率先進(jìn)行了研究，最先提出了農(nóng)光互補(bǔ)的概念，并最早發(fā)表了相關(guān)研究成果，為該領(lǐng)域作出了突出貢獻(xiàn)。而我國(guó)則是進(jìn)行光伏養(yǎng)殖（漁光互補(bǔ)）研究較早的國(guó)家，這跟我國(guó)在這方面的項(xiàng)目實(shí)踐有關(guān)（表1）。第二，從研究數(shù)量來看，本研究所搜集的文獻(xiàn)中光伏種植方面的研究最多（27篇），其次是光伏溫室（13篇），最后是光伏養(yǎng)殖（10篇），這與研究開始的時(shí)間有一定的關(guān)系。此外，對(duì)本研究所搜集的文獻(xiàn)中第一作者單位所在國(guó)統(tǒng)計(jì)可知，發(fā)文數(shù)量較多的國(guó)家有中國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、日本、德國(guó)和意大利，這些基本都是農(nóng)光互補(bǔ)應(yīng)用較多的國(guó)家。而就科研機(jī)構(gòu)的發(fā)文數(shù)量來看，法國(guó)國(guó)家農(nóng)業(yè)科學(xué)院和德國(guó)Fraunhofer太陽能系統(tǒng)研究所最多。這兩大機(jī)構(gòu)分別從農(nóng)業(yè)和能源角度對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)進(jìn)行研究，也充分說明了該領(lǐng)域的跨學(xué)科性[31]。第三，從研究類型來看，由于尚處于早期階段，3個(gè)方面的研究多為試驗(yàn)研究和項(xiàng)目案例研究，尤以前者居多。如法國(guó)學(xué)者Dupraz等的研究[7，8-10]、我國(guó)學(xué)者魏來等的研究[18-23]以及意大利學(xué)者Cossu對(duì)光伏溫室的研究[33，35-36]都為試驗(yàn)研究。而項(xiàng)目案例研究多涉及農(nóng)光互補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效應(yīng)，如我國(guó)學(xué)者Li等對(duì)光伏溫室經(jīng)濟(jì)社會(huì)效應(yīng)的分析[43]，以及日本學(xué)者對(duì)農(nóng)光系統(tǒng)社會(huì)影響的分析[30]。第四，從研究?jī)?nèi)容來看，由于涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和光伏發(fā)電的耦合，所以兩者之間的平衡以及協(xié)同是3個(gè)方面研究的共同話題，此外，農(nóng)光系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效應(yīng)也是共性話題。而從更具體的研究?jī)?nèi)容來看，光伏種植和光伏溫室更加相似。由于兩者都涉及作物生產(chǎn)，前述耦合就演變?yōu)楣夂献饔门c光伏效應(yīng)的平衡，所以這2個(gè)方面最初的研究都針對(duì)太陽輻射[7，32]，進(jìn)而包括光伏板遮陰下的小氣候環(huán)境等[11，37]。而兩者進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化的方式也頗為相似，都包括作物選擇[8，31]、動(dòng)態(tài)的農(nóng)光系統(tǒng)[16，39-40]以及半透明光伏板[17，38]的應(yīng)用。此外，就研究?jī)?nèi)容的趨勢(shì)而言，隨著農(nóng)光項(xiàng)目實(shí)踐的增加，其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效應(yīng)越來越受到學(xué)者的關(guān)注。如Schindele等農(nóng)光互補(bǔ)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，并提出相關(guān)政策建議[6]，以及Agostini等對(duì)農(nóng)光系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和環(huán)境評(píng)價(jià)[28]，未來的研究將更多地圍繞這些方面展開。

4.2 研究展望

農(nóng)光互補(bǔ)的研究雖然才進(jìn)行了短短10年，但其已經(jīng)經(jīng)歷了從實(shí)驗(yàn)室到試點(diǎn)項(xiàng)目，再到商業(yè)項(xiàng)目的過程。2014年以來全球已建成超過2 200個(gè)農(nóng)光項(xiàng)目，累計(jì)裝機(jī)容量在2020年1月達(dá)到了2.8 GW[5]。但據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)光項(xiàng)目的裝機(jī)容量早已超過這一數(shù)字（表1）。根據(jù)在中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)光伏農(nóng)業(yè)板塊搜集的信息，我國(guó)2011—2019并網(wǎng)發(fā)電的農(nóng)光項(xiàng)目共274個(gè)（表1），總裝機(jī)容量約為13.5 GW[數(shù)據(jù)搜集于中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)http：//www.escn.com.cn/，并進(jìn)行了整理]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出Schindele等的估計(jì)[5]，且這僅是不完全統(tǒng)計(jì)。可見由于缺乏農(nóng)光互補(bǔ)規(guī)模的官方統(tǒng)計(jì)信息，學(xué)界對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)的具體實(shí)施情況缺乏了解，而這會(huì)導(dǎo)致無法制定適當(dāng)?shù)墓芾碛?jì)劃，無法大規(guī)模提高其農(nóng)業(yè)可持續(xù)性，無法評(píng)估土地消耗以及對(duì)該地區(qū)產(chǎn)生的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響[35]?？傮w而言，目前尚缺乏對(duì)一個(gè)國(guó)家或一個(gè)地區(qū)農(nóng)光互補(bǔ)的總體情況研究。而對(duì)一國(guó)而言，農(nóng)光互補(bǔ)在光伏發(fā)電中的占比及其在農(nóng)業(yè)中的占比需要進(jìn)行合理規(guī)劃[6]。因?yàn)檗r(nóng)光互補(bǔ)本質(zhì)上是一種土地利用的新型方式，如何實(shí)現(xiàn)社會(huì)福利最大化是這方面研究值得關(guān)注的事。

綜上分析，對(duì)于該領(lǐng)域未來的研究提出以下幾點(diǎn)建議：第一，要繼續(xù)加強(qiáng)各學(xué)科之間的協(xié)作，進(jìn)行跨學(xué)科研究。2015年德國(guó)聯(lián)邦教育與研究部（BMBF）設(shè)立了一個(gè)農(nóng)光互補(bǔ)的研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目包括技術(shù)開發(fā)、環(huán)境與生物多樣性、社會(huì)、農(nóng)業(yè)、政治和經(jīng)濟(jì)分析等5個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容[6]。孫耀杰也在一項(xiàng)名為“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與光伏發(fā)電互補(bǔ)耦合機(jī)理研究與工程優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)”的科技成果簡(jiǎn)介中有相關(guān)論述，即農(nóng)光互補(bǔ)涉及農(nóng)業(yè)園藝學(xué)、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)、新一代信息技術(shù)和綠色節(jié)能建筑等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域[55]?？梢?，除了農(nóng)業(yè)和光伏技術(shù)，農(nóng)光互補(bǔ)的實(shí)施還需要考慮經(jīng)濟(jì)社會(huì)和環(huán)境方面的影響。第二，除了進(jìn)行具體的試驗(yàn)研究和項(xiàng)目案例研究，要從更大、更全局的視角，且是分區(qū)域、不同氣候條件去研究如何在一個(gè)國(guó)家或地區(qū)對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)進(jìn)行統(tǒng)籌安排，并對(duì)這些安排在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境方面的效應(yīng)作出評(píng)價(jià)，進(jìn)而提出相關(guān)的政策建議。第三，目前的研究在光伏種植和光伏溫室方面已經(jīng)取得了初步進(jìn)展，但在光伏養(yǎng)殖方面較欠缺。而事實(shí)上，光伏養(yǎng)殖的項(xiàng)目實(shí)踐并不少見，尤其是在我國(guó)（表1），以本研究搜集的數(shù)據(jù)來看，光伏養(yǎng)殖（主要是漁光互補(bǔ)）項(xiàng)目最多。但太陽輻射的減少對(duì)魚類生長(zhǎng)、水下環(huán)境甚至是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)有何影響，目前的研究并未有太多涉及。

農(nóng)光互補(bǔ)可能是未來農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，它能應(yīng)對(duì)當(dāng)前和未來的一些重大社會(huì)和環(huán)境挑戰(zhàn)，如氣候變化、全球能源需求、糧食安全和土地使用等。因此，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)光互補(bǔ)所涉及的各個(gè)學(xué)科之間的協(xié)作，對(duì)每一具體類型的農(nóng)光互補(bǔ)模式進(jìn)行試驗(yàn)和項(xiàng)目案例研究，并以此為基礎(chǔ)對(duì)農(nóng)光互補(bǔ)的實(shí)施做出統(tǒng)籌安排，讓其發(fā)揮最佳的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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