光伏農業研究與發展路徑

陳 杰，雷書彥，陶 芬，黃金周

（1.湖北省農業科學院農業經濟技術研究所，武漢 420064；2.湖北省電力勘測設計院有限公司，武漢 430070）

中國作出碳達峰、碳中和的重大決策，大力支持新能源產業發展，以農業產業融合發展為重點，推進鄉村振興戰略實施。《關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見》（國發［2021］4 號）明確提出“以清潔能源等為重點率先突破，做好與農業融合發展，全面帶動一二三產業和基礎設施綠色升級”。光伏農業是光伏發電與種養殖業密切結合的新型農業模式，既有利于滿足光伏產業用地需求，又能促進土地綜合高效利用，是加快農業農村綠色發展和清潔能源產業高質量發展的重要途徑。光伏農業的開發，對于農業結構的調整升級和解決“三農”問題具有重要作用。

1 光伏農業研究歷程

1.1 光伏農業概念的提出

20 世紀60 年代國際上開展了太陽能在農業中應用研究。1975 年光伏水泵面世開啟了光伏與農業結合的歷程。在此之后，光伏在農業中的應用呈現出多樣化的態勢，從農業灌溉到照明、通風、農業機械、農業自動化和農業機器人等。為了實現低碳發展目標，諸多國家大力提升光伏發電在電力供應總量中占比，積極開展光伏電站的建設。作為光伏電站主要形式，地面光伏電站建設需要大片土地，土地資源成為光伏產業的一大限制因素，農光互補（Agrivoltaic，Agrophotovoltaic）得到重視，即在同一土地上既農業生產又光伏發電。

阿道夫·古茨貝格是農光一體概念的較早提出者，于1982 年發表《論太陽能發電與作物栽培的共存》，提出了農光一體概念［1］。2011 年，出現了“農光一體”（Agrivoltaic）研究［2］，農光一體是將農田用于農業生產和光伏發電，既擴大光伏發電的規模，又保留農田，提高土地利用效率，使得光伏與光合作用從競爭關系達到合作關系。光伏在全球的蓬勃發展，發電所需土地面積的增加，“農光一體”等創新概念支持了能源系統的轉型，實現了農業用地的雙重利用［3-5］。

國內光伏農業的研究起步較晚，彭梅牙［6］較早提出了光伏農業，光伏農業是集光伏產品和現代種養技術于一體，利用現代管理方法轉化太陽能的現代設施農業。隨著實踐的深入，光伏農業的定義得到完善，阮曉東［7］和劉文科［8］認為，光伏農業是將太陽能發電與現代農業的種植、養殖、灌溉、病蟲害防治以及農業機械動力等過程相結合，是現代農業的“類工業”綠色發展道路，是重要的農業工程形式。

1.2 光伏農業的作用

光伏農業實現農光互補，具有多重優勢。零排放的光伏發電加上農業生產，可保護農作物免受干旱和冰雹或強降雨等極端天氣的損害。通過部分遮擋農業生產區，可以降低蒸發率。光伏面板作為集流面收集雨水，加上清洗光伏面板的額外用水，增加了土壤含水量，其遮陽作用降低了地表水分蒸發，有利于植被恢復［9］。在偏遠的干旱地區，農用光伏發電既可以用來供水和處理水，又可以減少農作物對水的需求，對減緩荒漠化和土壤退化趨勢起到了重要作用。光伏電板支架可改變氣流方向，降低風速，具有類似沙障的擋風阻沙作用［10］。弗勞恩霍夫ISE對印度馬哈拉施特拉邦50 MWp 農光一體發電項目的研究結果顯示，農光伏裝置可使番茄和棉花產量分別提高11%和33%［11］。

1.3 光伏農業的主要模式及成效

“農光互補”“漁光互補”等多種光伏農業復合模式可以緩解土地資源的日趨緊張，得到了廣泛應用，產生良好的經濟效益和環境效益。由于光伏設施對農業生產空間的影響，陽光的減少和空間條件的改變，種植和養殖品種以耐陰和喜陰動植物為主。光照減少對農業產量和品質影響不大，甚有利于動植物生長，如種植喜陰蔬菜、中藥材、食用菌、水生蔬菜，養魚類［12］。光伏農業主要模式有光伏農業溫室（大棚）［13-15］、光伏露地種植、光伏生態循環農業［16］、“漁光互補”模式［17，18］等。

孫立濤等［19］研究表明，光伏大棚茶園半封閉環境能更有效地控制棚內的溫濕度，提供適宜于茶樹生長所需的環境，延長了茶樹有效生長的時間，提高茶產量，減少病蟲害，實現安全、高效生產。黃艷國等［20］研究顯示，甘草、板藍根和半夏在光伏農業模式的遮陽條件種植，產品有效成分含量均能達到藥典要求。梁勤朗等［21］研究顯示，占地面積75%的光伏電站對黃顙魚生長有益，占地面積50%的光伏電站對草魚生長有益。

1.4 光伏農業的發展意義及前景

光伏發電與農業生產相結合的發展模式節約了土地資源、水資源，充分自然空間，優化能源結構，改善資源環境，可實現現代農業和光伏產業的雙贏，通過該模式可帶動農業產業轉型，提高農民收入［22］。在推進光伏農業復合項目中，開展農業種養，防止光伏項目區拋荒，是一個難題。須加強光伏農業項目建設與監管力度，優化光伏電站和農業產業設計，建立規范有序的光伏農業用地機制［23］。同時，加強光伏技術在智慧農業、精準農業中的應用研究，以新發展理念推進光伏與農業融合發展，促進農村一二三產業融合發展，助力鄉村振興［24］。

2 國內光伏農業成功案例

中國光伏農業呈現爆發式增長，光伏農業涵蓋了光伏電站與種植業、林業、畜牧業、漁業等復合發展的多種模式。2009 年光伏農業電站裝機容量不到1 MW，2022 年達到1 182 MW。2022 年3 月中國已有光伏農業大棚、水產養殖漁光互補、畜禽養殖光伏大棚等項目400 余個。從具體模式來看，光伏農業大棚、農光互補和漁光互補項目占比高，尤以漁光互補為多。中國“光伏農業”看似風生水起，實則仍處初級階段，商業模式單一、建設標準不一，農民收益保障不高等問題困擾著該產業的進一步發展。

國內光伏農業還是處于探索階段的新興農業形式，出現了一批較為成功的光伏農業案例。

2.1 光伏+果蔬種植——浙江淳安威坪農光互補光伏發電項目

該項目總占地44.8 hm2，光伏發電占地37.2 hm2，總投資1.50 億元，光伏總裝機容量20 MWp，年發電量1 800 萬kW·h，2018 年12 月28 日并網發電。在光伏板下有種植藍莓、葡萄、黃金桃、桑黃菌等的試驗田，打造了現代生態農業循環立體產業園，每年給村集體和農民帶來60 多萬元的凈收入。

2.2 光伏+茶葉種植——浙江浙能環亞松陽光伏電站

該項目總投資2.53 億元，總裝機容量35 MWp，年均發電量約3 208 萬kW·h。電站內種植茶葉、苗木、油茶，養殖土雞、土鴨，實現板上發電、板下種植養殖，取得良好的經濟效益。當地茶農專門成立了合作社來承租電站的土地。合作社采用村民入股的模式，共有10 多戶村民參加，盛產期光伏板下茶樹年收益可達37.5 萬元/hm2。

2.3 光伏+食用菌種植——河北平泉匯勇30 MWp農業光伏發電項目

該項目著力打造“綠色光伏+食用菌”的農業扶貧示范園區，總投資3 億元，占地82.4 hm2，總裝機容量30.27 MWp，共建發菌棚340 個，出菇棚1 000 個，發展地栽香菇1 000 萬袋，年產量10 000 t。該項目采用產業大戶帶動、貧困戶入股、分散經營、自主管理、統一技術銷售的扶貧園區模式，帶動貧困戶75戶，解決本村及周邊村農民300 余人就業，戶均增收6 萬元以上。

2.4 光伏+中藥材種植——山東沂南力諾光伏發電與中草藥種植一體化項目

該項目占用河灘荒地200 hm2，裝機容量100 MWp，總投資15 億元。項目一期流轉興旺莊村河灘荒地66.67 hm2，村集體每年可獲得土地收益80 萬元，年人均增收524 元。在光伏電站組件下方種植丹參、黃芩、甘草、皂角等耐旱喜陰的中草藥40 hm2，每年可實現產值570 萬元，吸納安置貧困戶40 人，年人均增收1 900 元。既有效利用土地資源增加收益，又涵養水源、封沙固土，綜合效益較為明顯。

2.5 光伏+漁業養殖——振合新能源光伏科普示范基地

該項目是與中國農業科學院等科研部門合作的生態光伏電站，占地（水面）面積453.33 hm2，適宜養殖面積240 hm2，總投資超10 億元，裝機容量118 MWp，平均年發電量2.2 億kW·h。該項目為高效農業光伏一體化科普示范基地，在光伏板下進行水生植物、經濟作物種植和水產養殖，結合當地自然環境打造漁光互補、風光互補、旅游觀光相結合。基地龍蝦和螃蟹混養，同時養殖甲魚、虎頭鯊、泥鰍、黃鱔等喜陰魚種，漁業每公頃年產值可達3 萬元以上。

2.6 多業態融合——大秦安龍光伏高科技農業生態產業園

該項目總規劃面積333.33 hm2，光伏裝機容量150 MWp，分為三期建設。一期面積93.33 hm2，總投資4 億元，建設30 MWp 太陽能光伏電站、73.33 hm2綜合型光伏農業科技大棚、1 個綜合展廳、4 個主題展廳、1 個種植研究中心（包含現代農業農民就業培訓中心）、生產加工區及旅游觀光帶等。利用現代種植技術，種植食用菌、中藥材、特色花卉等，著力打造集設施農業大棚、光伏電站、農產品生產及休閑旅游觀光功能板塊于一體的光伏農業產業園區。農戶通過土地入股，勞務創收、種植收入、光伏扶貧、旅游帶動等增收，戶均年增收3 萬元以上。

3 光伏農業發展模式推薦

光伏農業復合項目必須因地制宜，選擇適合本地區的種植、養殖模式。結合湖北地區土壤、水資源及氣候特點，推薦“光伏+”糧食、蔬菜、茶葉、中藥材、漁業、畜禽等6 種發展模式。

光伏+糧食種植模式。推薦糧食作物品種為馬鈴薯、甘薯、大麥等，適宜于平原或丘崗園地、丘陵“糧改飼”地區。該模式符合“非糧化”政策，對保障糧食安全意義重大。但該模式對基礎設施建設要求較高，在光伏電站建設過程中需開展土地平整、田間道路、生產運輸通道、水利設施等基礎設施建設。

光伏+蔬菜種植模式。推薦蔬菜品種為菜用甘薯、芹菜、白菜、韭菜等葉菜類，適宜于平原或丘崗園地。該模式效益較好，勞動力需求較大，有利于帶動當地農民就業。但對基礎設施建設要求較高，需配套建設農業廢棄物處理及資源化利用項目，確保生態環境安全。

光伏+茶葉種植模式。該模式適宜于非糧緩坡地、荒地、非保護林地，或已建成的茶園，可充分利用湖北已有的大面積茶園，不額外占用農用地，有利于提高茶園產品品質。

光伏+中藥材種植模式。推薦中藥材品種為黃精、白芨、伏苓等，適宜于山區和丘陵區域非糧緩坡地、荒地。

光伏+漁業養殖模式。養殖模式推薦“光伏+80∶20 養殖模式”“光伏+小龍蝦養殖模式”“光伏+網箱養鱔模式”“光伏+池塘圈養模式”等，適宜于魚塘、濕地。養殖水面需設置深水捕撈區，控制養殖密度，不得高于正常條件下的80%。

光伏+畜禽養殖模式。推薦模式有2 種，其中種草養鵝（鴨）模式適宜于平原湖區濕地，種草養雞（羊）模式適宜于山區、丘陵緩坡地。要控制養殖密度，并配套建設農業廢棄物處理及資源化利用項目，確保生態環境安全。

4 推進光伏農業可持續發展的對策與建議

4.1 加大政策支持力度

一是強化規劃引領。做好光伏農業發展規劃、土地利用規劃，建立規范有序的光伏農業用地機制，明確各地區光伏農業產業的功能布局，發揮政府在光伏農業建設發展中的指導和引導作用。二是加強光伏農業項目建設與監管力度。完善部門協調機制，嚴查已建光伏農業項目土地撂荒，對運營良好的光伏農業項目樹立典型。三是加大資金投入力度。設立光伏農業建設發展專項資金，實行以獎代補，多方拓寬資金來源，建立政府主導，銀行、企業、社會等多方合作的金融支持體系，積極探索開發適用于光伏農業的保險業務。

4.2 加大科技創新力度

一是建立光伏農業研發平臺。鼓勵支持科研院所建立光伏農業實驗室、光伏農業技術創新平臺，加強光伏農業相關產業協同攻關。二是設立光伏農業研發專項。系統地開展光伏農業產業發展戰略和技術體系研究，重點開展適合光伏農業的品種、農藝技術創新，培育光伏農業專用的動植物品種并制定相應的生產技術標準，建立與農業融合的光伏設施結構配置優化技術理論，解決農業所需透光率與光伏發電效率兩者兼容照顧的難題，研發適應光伏農業的農機裝備和應用技術，破解人工勞動力成本高的瓶頸。三是建設光伏農業研究示范展示基地。支持科研院所與光伏發電企業聯合建設農光一體化示范基地，充分發揮試點示范帶動作用，為光伏農業發展提供切實可行、可復制推廣的配套技術。

4.3 加大人才培養力度

一是建立光伏農業復合型人才聯合培養體系。支持科研院校、企業、社會組織合作建設光伏農業技術研究團隊，依托科技計劃項目、重點實驗室、產業技術體系等，建立適應行業發展的人才培養體系。二是建立人才合作培養基地。充分發揮產學研一體化作用，以科研院校為中心，聯合企業、社會組織，建立光伏農業領域應用人才培養基地、光伏農業產教融合服務平臺、光伏農業培訓及評價體系。三是建立人才激勵機制。深入開展光伏農業科研人才培養計劃，建立健全光伏農業科研評價、科研經費、科研分配等機制，為光伏農業技術研發提供基本保障。

4.4 推動產業深度融合

將光伏、現代農業、生態、旅游結合起來，利用光伏設施、田園景觀、農業生產活動、農業生態環境和生態農業經營模式，發展貼近自然的特色旅游項目。突出科技、農耕、藝術、互動等多種農旅與研學主題，將光伏農業園區打造成為休閑農業“打卡地”，為游客和青少年提供采摘、研學、觀賞、采風的平臺。加速光伏農業與現代農業、創意農業的深度融合，增加農業及旅游收益，帶動當地農民持續增收。