民以食為天，作為中國三大支柱產(chǎn)業(yè)之一的農(nóng)業(yè)，已然成為社會的“穩(wěn)定器”、“壓艙石”，在國民生活乃至國家發(fā)展中起著舉足輕重的作用。中國是世界公認(rèn)的農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)在社會穩(wěn)定與國家發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色[1] 。但是，目前中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過度依賴傳統(tǒng)化石能源，這就大大增加了化石能源等不可再生能源的消耗，也對環(huán)境造成了污染，并且增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本，降低了經(jīng)濟(jì)效益。面臨著增產(chǎn)、增收、提高經(jīng)濟(jì)效益的生產(chǎn)需求，同時又面臨化石燃料的短缺，這促使中國農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)一步創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型[2] 。

　　近年來，“光伏+”產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。在耕地“非農(nóng)化”、“非糧化”的政策輻射下，可用于光伏發(fā)電的土地越來越少，所以將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，實現(xiàn) “一地多用”就顯得尤為重要。本研究主要探究“光伏+農(nóng)業(yè)”的新型生產(chǎn)模式，包括“光伏+種植業(yè)”、“光伏+畜禽業(yè)”以及“光伏+漁業(yè)”3種結(jié)合形式。分析了各結(jié)合形式的研究現(xiàn)狀和面臨的問題，并對光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢進(jìn)行了合理展望，以期為未來光伏農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供參考。

　　1 光伏農(nóng)業(yè)的業(yè)態(tài)

　　1.1 光伏+種植業(yè) “光伏+種植業(yè)”的主要模式有“光伏+設(shè)施園藝”、 “光伏+大田種植”和“光伏+食用菌”。“光伏+設(shè)施園藝”是將光伏發(fā)電與溫室種植相結(jié)合，在滿足溫室內(nèi)花卉、蔬菜等種植作物正常生長光照的情況下，在棚頂安裝太陽能光伏板，利用太陽光能發(fā)電，滿足溫室內(nèi)電能需求[7] ，充分利用大棚控光、控溫和防病蟲害的優(yōu)勢，更加高效的生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品。“光伏+大田種植”則是有效避免了耕地“非農(nóng)化”、“非糧化”的問題，實現(xiàn)一地多用，產(chǎn)生的電能可用于大田種植領(lǐng)域灌溉、配套設(shè)施、大田種植物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及農(nóng)業(yè)機(jī)械的供電等。“光伏+食用菌”是光伏發(fā)電與食用菌工廠化栽培結(jié)合起來，實現(xiàn)了棚內(nèi)種菇、棚頂發(fā)電的新型生態(tài)高效生產(chǎn)方式。

　　(1)“光伏日光溫室”。 “光伏日光溫室”目前采用的主要模式有支架式與平鋪式兩種。“支架式光伏日光溫室”(如圖3所示)通常將光伏板安裝在日光溫室北側(cè)6 m高度處。這樣可以減少光伏板對溫室內(nèi)作物的“遮蔭”影響，也可通過增大日光溫室南北跨度來進(jìn)一步降低其不良影響。“平鋪式光伏日光溫室”(如圖4所示)是將光伏設(shè)備鋪設(shè)在日光溫室頂部，確保滿足溫室內(nèi)作物光合作用需求的同時，盡量增大太陽能板的鋪設(shè)面積。此鋪設(shè)方式對太陽能板透光率有一定的要求，一般要求控制在 30%左右。

　　(2)“光伏塑料大棚”。 “光伏塑料大棚”用棚頂作為載體安裝太陽能組件，不占用地面空間，節(jié)省土地資源，“光伏塑料大棚”要求光伏裝置安裝在大棚棚頂以上 2 m 左右的位置[10] ，且多數(shù)位于大棚頂部北側(cè)，其內(nèi)部圖和布置示意圖如圖5所示。“光伏塑料大棚”主要有以下幾種組合方式：連棟農(nóng)光結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)、雙膜雙網(wǎng)棚與光伏結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)、中小拱棚與光伏結(jié)合發(fā)電系統(tǒng)等[11-12] 。

　　1.1.2“光伏+大田種植”光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合的生產(chǎn)模式快速發(fā)展，為避免對耕地資源的不合理占用，國家有關(guān)部門出臺規(guī)定，禁止光伏項目占用基本耕地與農(nóng)田。因此，要想在農(nóng)田中應(yīng)用光伏發(fā)電，只有將光伏項目與大田種植相結(jié)合。“光伏+大田種植”的生產(chǎn)方式又叫 “敞開式光伏設(shè)施”，較為適合種植低矮或藤生作物，如瓜類、茶樹、紅薯、油牡丹等(種植效果如圖 7 所示)。為確保光伏板下作物能獲取充足的太陽輻射，要求板與地面距離不小于2.5 m，并根據(jù)種植作物對光照的喜好不同適當(dāng)改變板與板之間的間距。此方式光伏組件布置較方便，所產(chǎn)生的電能可用于大田種植領(lǐng)域灌溉、配套設(shè)施、大田種植物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及農(nóng)業(yè)機(jī)械的供電等[16- 18] 。2011 年，中國首套“太陽能提水抗旱澆麥系統(tǒng)”在河南省方城縣成功運(yùn)行，旱期利用太陽能清潔能源產(chǎn)生的電能進(jìn)行抗旱灌溉農(nóng)田，非旱期可將多余電量并入國家電網(wǎng)，這一系統(tǒng)很好的解決了電網(wǎng)沒有覆蓋地區(qū)的農(nóng)田灌溉問題[19-21] 。

　　1.2“光伏+畜禽業(yè)” “光伏+畜禽業(yè)”又叫畜光互補(bǔ)，畜光互補(bǔ)是將光伏發(fā)電與畜禽產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，主要形式包括在畜禽舍屋頂安裝光伏板、光伏與屋面養(yǎng)殖設(shè)施結(jié)合、光伏與露天散養(yǎng)結(jié)合3種形式。圖9為光伏發(fā)電與畜禽養(yǎng)殖結(jié)合的舉例。 “在畜禽舍屋頂安裝光伏板形式”是將傳統(tǒng)的畜禽養(yǎng)殖大棚改裝成有一定承重能力的鋼架結(jié)構(gòu)新型養(yǎng)殖棚，并在棚頂安裝太陽能光伏板，上面是光伏發(fā)電，下面是畜禽養(yǎng)殖。棚頂?shù)墓夥�板可在夏季遮擋陽光，為棚�?nèi)畜禽創(chuàng)造舒適的內(nèi)部環(huán)境，光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能可以用于舍內(nèi)環(huán)境調(diào)控的電力來源。光伏產(chǎn)業(yè)與畜禽養(yǎng)殖優(yōu)勢互補(bǔ)，實現(xiàn)資源相互利用，也稱為“上光下養(yǎng)”。“光伏與屋面養(yǎng)殖設(shè)施結(jié)合形式”是在普通農(nóng)房房頂安裝太陽能板，板下用于養(yǎng)殖家禽，對空間進(jìn)行充分利用，具有很好的借鑒意義[28] 。“光伏與露天散養(yǎng)結(jié)合形式”是在露天場地安裝太陽能板，板下種植牧草，在為牛、羊等畜禽提供充足的食料的同時，也為畜禽提供 “蔭涼”，避免過度暴曬，造成灼傷，此結(jié)合形式要求太陽能板高度大于3 m，以免被畜禽損壞[29-31] 。

　　1.3 光伏+漁業(yè)中國有著豐富的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，但存在的問題是養(yǎng)殖水域面積過大，造成水域空間嚴(yán)重浪費(fèi)[32] 。“光伏+ 漁業(yè)”是將光伏發(fā)電與水產(chǎn)養(yǎng)殖相結(jié)合，被稱為漁光互補(bǔ)，包括“工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖車間頂部安裝光伏板”、“光伏與水產(chǎn)溫室結(jié)合”、“光伏與水域養(yǎng)殖結(jié)合”3種形式。

　　2 光伏農(nóng)業(yè)的研究現(xiàn)狀及存在的問題

　　2.1“光伏+種植業(yè)”研究現(xiàn)狀及存在的問題由于光伏板與溫室內(nèi)作物在同一空間存在“競爭” 光源問題，所以光伏溫室設(shè)施的設(shè)計與建造面臨的難題最多[38] 。光伏溫室的主要建造方式是在大棚頂部安裝太陽能光伏板，光伏板有著不同的透光度，其板面角度可以調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)太陽能板就可以創(chuàng)造出適宜不同植物生長光照強(qiáng)度的溫室環(huán)境，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益。王藝等[39] 研究表明，在光伏發(fā)電與溫室大棚結(jié)合的案例中，當(dāng)光伏板覆蓋率低于20%時，溫室大棚內(nèi)有效光輻射較無遮擋有所降低，但并未對植物的光合作用與生長產(chǎn)生影響，甚至還有促進(jìn)作用。當(dāng)光伏板覆蓋率大于30%時，溫室大棚內(nèi)有效光源逐漸不能滿足植株的正常光合作用，光合作用開始受到抑制。當(dāng)光伏板覆蓋率大于50%時，棚內(nèi)植株光合作用會受到明顯抑制。當(dāng)其覆蓋率大于70%時，植株可接收到的光照已寥寥無幾，無法滿足棚內(nèi)植株的正常生長。根據(jù)這一理論知識，在設(shè)計光伏溫室時，要明確溫室大棚建造的主要目的：是優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)還是優(yōu)先發(fā)展光伏發(fā)電[40-41] 。優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)，棚頂光伏板覆蓋率就不能高于 30%;優(yōu)先發(fā)展光伏發(fā)電，光伏板覆蓋率高于50%時其發(fā)電效率才能提高，獲取收益[42] 。劉正義[43] 研究表明，重點(diǎn)發(fā)展光伏發(fā)電，以農(nóng)業(yè)為輔的經(jīng)濟(jì)效益要明顯高于重農(nóng)輔電。在溫室大棚內(nèi)光照不足的情況下，可以通過局部人工補(bǔ)光來彌補(bǔ)，將棚頂光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能直接用于棚內(nèi)的補(bǔ)光;也可以種植不喜光作物，例如菇類、人參、蛇莓等，同樣具有很高的經(jīng)濟(jì)價值。

　　2.2“光伏+畜禽業(yè)”研究現(xiàn)狀及存在的問題畜禽場大多設(shè)址在遠(yuǎn)離城市、村莊以及居民點(diǎn)的地方，這些地方因為遠(yuǎn)離居民區(qū)[46] ，現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)尚未到達(dá)而太陽能光照資源較為豐富，這是限制畜禽發(fā)展的一個重要因素[47] 。光伏發(fā)電與畜禽養(yǎng)殖相結(jié)合就能充分解決這一問題，且光伏發(fā)電是清潔能源與可再生能源。光伏發(fā)電與畜禽養(yǎng)殖結(jié)合的方式要根據(jù)畜禽養(yǎng)殖場的實際情況并結(jié)合畜禽的種類而定，如果是奶牛、綿羊這種大型圍欄散養(yǎng)動物，適合做地面光伏發(fā)電。而雞、鴨這種籠養(yǎng)或室內(nèi)養(yǎng)殖的則適合在屋頂鋪設(shè)光伏板進(jìn)行發(fā)電[48-49] 。畜光互補(bǔ)不僅提供清潔能源，還可與生態(tài)養(yǎng)殖相結(jié)合，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益與社會效益。但也存在畜禽損壞光伏裝置的問題，給設(shè)備維護(hù)檢修造成一定的困擾。

　　2.3“光伏+漁業(yè)”研究現(xiàn)狀及存在的問題漁光互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)在國外研究已相對比較成熟，尤其在日本，擁有一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈。而中國漁光互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)起步相對較晚，直到2015年才相繼設(shè)計實施小型水面光伏電站項目。2016年國家能源局實施“光伏領(lǐng)跑者”基地規(guī)劃，將兩淮地區(qū)采煤沉陷區(qū)規(guī)劃建設(shè)3.2 GW 的水面光伏電站，引導(dǎo)漁光互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[50] 。

　　3“光伏+農(nóng)業(yè)”發(fā)展趨勢

　　“光伏+農(nóng)業(yè)”作為一種新興的農(nóng)業(yè)形式，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)指明了一條綠色發(fā)展道路，是一個聯(lián)合光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全新產(chǎn)業(yè)模式[57-58] 。光伏能源是推動農(nóng)業(yè)發(fā)展的新能源，對促進(jìn)中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向綠色、健康、高效的新時代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型有著非常重要的作用。將環(huán)保、可再生的光伏發(fā)電與綠色健康的農(nóng)產(chǎn)品相結(jié)合，使得光伏農(nóng)業(yè)在未來發(fā)展中大有可為[59] 。

　　3.1“光伏+種植業(yè)”發(fā)展趨勢隨著生活水平的提升，人們對食品的健康與環(huán)保越來越重視，無公害蔬菜在國內(nèi)需求量高，市場前景寬闊。由于無公害蔬菜在農(nóng)藥與化肥等方面有著嚴(yán)格的把控，導(dǎo)致其抗逆性一般較弱，所以需要在光伏溫室大棚中通過利用光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能進(jìn)行人工環(huán)境控制，創(chuàng)造適宜蔬菜生長的環(huán)境，且種植蔬菜種類也在逐步擴(kuò)展[60] 。

　　3.2“光伏+畜禽業(yè)”發(fā)展趨勢現(xiàn)階段，中國畜禽養(yǎng)殖更偏向于散養(yǎng)，尤其是畜牧業(yè)。未來的目標(biāo)是將畜禽業(yè)與光伏發(fā)電相結(jié)合，發(fā)展產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化與可持續(xù)現(xiàn)代化的畜禽養(yǎng)殖模式。在地面鋪設(shè)太陽能板，太陽能板下方種植牧草，而光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能可用于處理畜禽糞污，經(jīng)過處理的糞污又可用作牧草的肥料，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

　　3.3“光伏+漁業(yè)”發(fā)展趨勢 “光伏+漁業(yè)”跨界整合的優(yōu)勢明顯，其未來發(fā)展方向必定是生產(chǎn)規(guī)模化、技術(shù)專業(yè)化、管理智能化。通過對水上水下的集中、科學(xué)管理，有效解決養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖污水的處理問題，同時借助光伏電站建設(shè)養(yǎng)殖系統(tǒng)智能監(jiān)控系統(tǒng)，方便管理;另外，光伏發(fā)電并網(wǎng)的收益可用于魚塘的日常維護(hù)，推動魚塘養(yǎng)殖規(guī)模化、專業(yè)化、智能化發(fā)展[61] 。

　　4 小結(jié)

　　光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合是一種全新的生產(chǎn)模式，在鄉(xiāng)村振興的大背景下，可以通過這一新模式帶動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，提高農(nóng)民收入。本研究通過對“光伏+ 農(nóng)業(yè)”產(chǎn)業(yè)模式的探討，分析了“光伏+種植業(yè)”、“光伏+畜禽業(yè)”、“光伏+漁業(yè)”3種模式的業(yè)態(tài)、研究現(xiàn)狀及存在的問題，可以得出光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)相結(jié)合的可行性與必要性，將光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，輔助以科學(xué)的管理方式，光伏農(nóng)業(yè)的發(fā)展前景廣闊。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部網(wǎng)站.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部部署推進(jìn)糧食生產(chǎn)全程機(jī)械化[EB/ OL].http://www.gov.cn/xinwen/2021-03/12/content_5592628.htm.2 021-03-12.

　　[2] 李坤. 企業(yè)主導(dǎo)型光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展研究[D]. 楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2018.

　　《淺談“光伏+農(nóng)業(yè)”產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式》來源：《中國農(nóng)學(xué)通報》，作者：湯俊超1,2 ，吳宜文1 ，張 姚1,2 ，曹慶穗1 ，吳照學(xué)2 ，夏禮如1 ，鮑恩財1