朱 瑩，譚利偉，張春英，宋 瑋

（農業(yè)農村部規(guī)劃設計研究院，北京 100125）

2020 年9 月習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上的講話中宣告，中國“二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和”[1]。隨后，習近平總書記在當年氣候雄心峰會上的重要講話以及當年的中央經濟工作會議上，多次提及碳達峰、碳中和目標，這標志著“雙碳”目標已成為長期國家戰(zhàn)略。

在“雙碳”目標背景下，可再生能源的開發(fā)利用成為重要“風口”。在風能、太陽能、核能等各種可再生能源中，太陽能因其清潔易得、安全可靠、適用廣泛的特點，以及取之不盡、用之不竭的充足來源優(yōu)勢，已成為發(fā)展最為迅速的可再生能源。當前太陽能利用的最佳方式是利用光伏電池的光生伏特效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，即光伏[2]。而光伏與農業(yè)結合發(fā)展、優(yōu)勢互補，又成為了推進實現“雙碳”目標的重要路徑。

光伏與農業(yè)結合通常是指將光伏發(fā)電系統應用或結合于農作物種植、畜禽水產養(yǎng)殖等現代農業(yè)生產活動中，實現一地多用、提高單位土地產出率的創(chuàng)新模式。中國是農業(yè)大國，有著廣闊的農業(yè)生產和生活空間，能夠為光伏提供相當大的應用空間；光伏發(fā)電系統產生的電能能為現代農業(yè)生產活動提供清潔充足的電力保障，也可并網發(fā)電，供應綠色清潔能源，促進農民增收。因此，光伏與農業(yè)的結合無論對光伏產業(yè)還是農業(yè)發(fā)展都有巨大的促進與協同效應，值得推動與完善。

本文對光伏與農業(yè)結合發(fā)展的重要意義、現狀基礎、發(fā)展模式進行梳理，提出展望建議，以期更好地推動光伏與農業(yè)結合發(fā)展，助力“雙碳”目標實現。

一、光伏與農業(yè)結合發(fā)展的重要意義

1、提高土地利用效率、促進農業(yè)綠色數字化發(fā)展

光伏與農業(yè)結合，可實現土地上方光伏組件發(fā)電，下方種植養(yǎng)殖，實現土地的多層次利用，同時還可以融合觀光旅游和科技展示等功能，大幅提高土地的使用率和單位經濟效益。

農業(yè)綠色化發(fā)展離不開清潔能源的適用，農業(yè)數字化發(fā)展需要充足的電力保障，光伏發(fā)電產生的電能直接供給農業(yè)生產使用，既能避免傳輸中的能源消耗，又能提供滿足農業(yè)低碳化數字化發(fā)展所需的清潔電力。

2、鞏固拓展脫貧攻堅成果與鄉(xiāng)村振興有效銜接

光伏與農業(yè)結合在廣大鄉(xiāng)村地區(qū)有著巨大的應用空間，同一塊地除農業(yè)生產收入外，還可通過光伏發(fā)電解決農業(yè)生產的用電需求，降低生產成本；額外的電能還能并網，也有一定的經濟收益。對地方發(fā)展來說，光伏帶來了新的產業(yè)，意味著基礎設施建設的提升和新的就業(yè)需求，可以拉動經濟增長?！笆濉逼陂g，光伏扶貧在脫貧攻堅中取得了巨大成效，未來在鄉(xiāng)村振興中將繼續(xù)發(fā)揮作用，通過光伏與農業(yè)復合發(fā)展等方式，為農民持續(xù)有效增收提供動能，實現多重效益的提升。

3、促進農業(yè)低碳發(fā)展、助力實現“雙碳”目標

農業(yè)低碳發(fā)展除了在化肥施用、畜禽糞污處理及固碳技術改進和提升外，推進可再生能源替代也是非常重要的途徑。現代農業(yè)在機械化、智慧化發(fā)展中若能實現清潔能源充足供給，對農業(yè)減碳將起到極大的推動作用。

以裝機容量1000 kW 的光伏與農業(yè)復合發(fā)電項目為例，占地20～25 畝，在不影響下方農業(yè)生產的前提下，平均發(fā)電量可達到150 萬kWh/年。參照火電平均煤耗360 g 標煤/kWh 計算，相當于節(jié)約標準煤540 噸/年，減排二氧化碳1600 噸/年。因此，光伏與農業(yè)的結合發(fā)展能有效促進節(jié)能減排，助力實現“雙碳”目標。

三、發(fā)展基礎

1、光伏產業(yè)取得跨越式發(fā)展

經過多年的不懈努力和發(fā)展壯大，光伏產業(yè)已成為推動新能源產業(yè)變革和發(fā)展的重要引擎，在技術發(fā)展水平、產業(yè)規(guī)模、應用場景等方面均位居世界前列。相關數據表明，2020 年全國新增和累計光伏裝機容量均已位列世界第一。其中，光伏新增裝機容量48.2 GW，累計發(fā)電裝機容量達2.53 億kW[3]。

2、政策助推光伏與農業(yè)結合發(fā)展

“十三五”之初，國家能源局就積極鼓勵將光伏發(fā)電系統與農業(yè)相結合，并將其納入光伏扶貧計劃。2017 年9 月，國家能源局等三部委聯合發(fā)文要求加強光伏扶貧用地保障；2018 年，關于光伏扶貧電站管理和2019 年關于產地用地政策的文件中再次對復合型光伏項目用地方面做了明確要求，解決了光伏與農業(yè)復合項目的用地難題。之后，上海、北京、重慶、湖南、山東、江蘇、四川、山西、河北等省市先后發(fā)布了省級鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃，將光伏寫入其中。2021 年10 月，國務院印發(fā)《2030 年前碳達峰行動方案的通知》，提出“大力發(fā)展綠色低碳循環(huán)農業(yè)，推進農光互補、‘光伏+設施農業(yè)’等低碳農業(yè)模式”。

3、大量開展光伏農業(yè)復合項目建設

“十三五”以來的光伏扶貧工程通過建設光伏農業(yè)大棚、地面光伏電站等項目助力脫貧攻堅，效果顯著。在國家相關政策指引下，目前已有十余個省級能源、國土資源主管部門發(fā)布了關于本地區(qū)光伏復合項目認定與建設的指導性文件，為光伏農業(yè)復合項目落地明晰了界限。此外，國內主要的光伏企業(yè)已在全國各地進行了大量光伏與農業(yè)復合類項目，在光伏組件布置方式、種植養(yǎng)殖品種選擇等方面積累了豐富經驗。

四、主要發(fā)展模式

光伏和農業(yè)結合發(fā)展的主要發(fā)展模式主要有光伏技術直接應用、復合開發(fā)互補發(fā)展、光伏組件下農業(yè)開發(fā)再利用等方式。

1、光伏技術直接應用模式

該模式是在農業(yè)種養(yǎng)、農田灌溉、農機設施、病蟲害防治等農業(yè)生產中，用光伏發(fā)電系統轉化的電能替代傳統化石能源，目前主要有下列應用方式。

（1）光伏水泵

利用光伏供電系統提供能源，驅動水泵從低處提水，并通過溝渠用于農田灌溉，或直接為人畜提供飲水。1990 年開展了光伏水泵的相關研究工作，并在西北地區(qū)進行了廣泛推廣和應用[5]。

（2）光伏溫室

利用溫室設施安裝光伏組件，實現光伏發(fā)電系統與溫室農業(yè)生產一體化。太陽能發(fā)電直接供給溫室使用，可根據溫室內種植作物的需光特性，選擇不同透光率的組件作為溫室光伏板。

（3）光伏保藏

由光伏供電系統提供能源，并使用該能源為農產品進行保鮮儲藏。可以結合烘干技術對相關農產品進行干燥，使含水量降低到安全的適宜水平，延長使用壽命。也可以直接或經過儲能電池對農產品倉庫進行供電制冷，達到預冷保鮮或冷凍保藏的目的[4]。

（4）光伏殺蟲

通過光伏發(fā)電系統提供電能，白天將電能存儲在蓄電池內，夜晚由蓄電池對殺蟲燈供電，通過殺蟲燈發(fā)射不同波長的光波引誘昆蟲至高壓電網并擊殺消滅[5]。此方法集合了光伏發(fā)電、蓄電池儲能、害蟲誘殺、品種調查等多項植保技術，可作為物理防蟲的優(yōu)選方式。

2、復合開發(fā)互補發(fā)展模式

此模式為在農用地上復合利用光伏發(fā)電的方式。光伏組件采用樁基方式位于農用地上方，下方仍進行農業(yè)生產，主要包括光伏與農業(yè)復合開發(fā)（即農光互補）、光伏與畜牧業(yè)復合開發(fā)（即牧光互補）、光伏與漁業(yè)復合開發(fā)（即漁光互補）等模式。根據各省市、自治區(qū)已經出臺的建設和認定標準，對光伏農業(yè)復合開發(fā)項目光伏組件的最低點標高、樁基行列間距等均確定了最低指標要求。

（1）光伏與農業(yè)復合開發(fā)

此技術是將光伏與農業(yè)種植相結合的復合應用方法。在光伏發(fā)電的同時兼顧種植，上方進行光伏發(fā)電，下方進行農業(yè)種植生產?？梢园串數叵鄳ㄔO要求直接在露地上設置光伏組件，下方直接開展種植生產；也可在已有的農業(yè)設施（如溫室、大棚等）上敷設光伏組件，在設施內開展農業(yè)生產。

（2）光伏與牧業(yè)復合開發(fā)

此技術是將光伏與畜牧養(yǎng)殖相結合的復合應用方法。可以在散放養(yǎng)殖基地上方搭建光伏發(fā)電板，下方放養(yǎng)牛羊等牲畜，實現一地多用，合理利用有效資源。光伏組件在夏季有一定遮陰作用，同時能起到一定防風減蒸發(fā)的作用，在一定程度上促進草體生長。也可以在已有的畜牧養(yǎng)殖設施上敷設光伏組件，在設施內開展畜禽養(yǎng)殖。

（3）光伏與漁業(yè)復合開發(fā)

此方法是將光伏與養(yǎng)殖漁業(yè)相結合的復合應用方法。在養(yǎng)殖水塘上方架裝光伏組件，下方水域進行水產品養(yǎng)殖。光伏組件的遮擋作用可以改善下方水域的溫度條件和光照環(huán)境，非常適宜沙塘鱧、小龍蝦、大閘蟹、貴妃魚等喜陰類水產品的生長。

3、光伏組件下農業(yè)開發(fā)再利用模式

大型集中式光伏電站往往會建設在荒灘荒漠等大面積地區(qū)，有光伏板覆蓋后地表蒸發(fā)量大幅減少，水分得以保留，加上定期清洗光伏面板也變相實現了定期澆水，使荒地具備了再次開發(fā)利用的潛力。有條件的荒地可通過溝渠配套、扣青培肥、構建耕作層、培肥地力等技術措施，改造修復為耕地，種植喜陰類果樹、中藥材等。沙化石漠化荒地可通過栽植檸條、沙地柏、丁香等綠花灌木及人工播撒草種，培育草場，進行畜禽養(yǎng)殖。

五、存在不足

1、應用范圍可進一步擴大

當前光伏與農業(yè)結合已有多種模式，并應用到多種場景中，但仍有很大的拓展空間。如在大田作物上的復合利用，目前只在水稻等作物上進行了小面積的試驗性使用，通過科學的光伏設置方式，取得了不錯的產出成效。未來還可以應用至更多大田作物中，并通過科技手段解決光伏設施與生產機械、作物光照需求之間的矛盾。

2、與農業(yè)機械、智能裝備結合不充分

光伏組件因為需樁基支架，在一定程度上會影響到種植、養(yǎng)殖中的農業(yè)機械使用?？裳芯扛黝愔饕r業(yè)機械的使用需求，定制與其相適應的光伏組件尺寸及安裝間距，將極大地擴大應用范圍。

此外，數字農業(yè)應用范圍越來越廣泛，當前光伏與農業(yè)的結合還主要是最基本電能、空間利用，如將光伏與各類智能裝備功能應用相結合，如把對動植物的監(jiān)測與光伏板方向、角度的自動轉換等相結合，可有效擴大光伏與農業(yè)結合的應用場景。

3、空間復合利用效率還可提高

盡管當前在復合利用上取得了一定成效，但復合方式還比較單一，需要研發(fā)更多復合型產品、機械及模式，將引水、灌溉、植保、監(jiān)測、預警等功能高效融合。同時，也需考慮與科教、展示、研學等功能融合發(fā)展，提升單位空間的使用效率和收益。

六、展望與建議

1、加強科技引領，擴大應用范圍

通過對不同農作物、畜禽、水產對光照、濕度、溫度等的適應性特點分析，研究開發(fā)符合其生長特點的光伏組件形式和適宜的設備設置間距、高度要求，使光伏組件在使用中滿足不同種類農作物或畜禽水產品種的光照需求，并可實現機械化作業(yè)。同時，積極開發(fā)適應主流光伏組件的農機具產品，推動光伏復合農業(yè)的機械化發(fā)展水平提升，使光伏技術也能在水稻、小麥、棉花等更多大田作物田地上應用。光伏溫室可通過智能技術手段自動調整光伏板角度，擴大溫室農作物種植選擇。

2、通過技術集成，強化綜合利用

光伏組件還可通過與雨水收集、灌溉溝渠、光伏水泵、儲水儲能等設施集成應用，實現清洗灌溉用水重復利用、水資源集蓄、電能儲備，不僅實現農作物灌溉、補水，還能保持錯峰錯季能源平衡供應。通過配套智慧能源管理系統，可自動分析農業(yè)環(huán)境溫度、土壤濕度、肥力狀況等農業(yè)生產環(huán)境，實現自動噴灌、施肥等。應用光伏太陽能殺蟲燈等綠色防控設施，實現智慧農業(yè)和綠色農業(yè)的綜合應用。

3、探索融合創(chuàng)新，助力鄉(xiāng)村振興

光伏與農業(yè)結合的模式還可以通過融合鄉(xiāng)村其他相關產業(yè)進行拓展，將光伏發(fā)電系統、農業(yè)生產活動、生態(tài)環(huán)境保護和科普文化旅游等結合起來，充分利用光伏科技要素、農事生產場景和鄉(xiāng)村田園景觀，將光伏技術展示、數字農業(yè)應用、農耕文化體驗、特色花卉苗木觀賞、有機蔬果采摘等有機結合，發(fā)展多種形式的科普、觀光、研學和體驗等項目，形成特色化、融合化的觀光體驗農業(yè)。此外，也可以加強與秸稈利用、畜禽糞污資源化處理等結合，形成農牧光互補的生態(tài)循環(huán)農業(yè)模式，突出綠色低碳農業(yè)。通過這些融合創(chuàng)新模式，必將極大提升經濟和生態(tài)效益，有力推動鄉(xiāng)村振興。