傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與新能源融合催生綠色發(fā)展新模式

張振朋

我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展水平直接影響著我國綜合經(jīng)濟實力的發(fā)展水平，隨著綠色低碳發(fā)展理念的不斷深入人心，我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展也逐漸受到社會各界的關注，通過新能源的融入應用也為當前農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展指明了新的道路。新能源的應用是我國能源戰(zhàn)略實施中的重要內(nèi)容，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域中，新能源的突出應用主要指的是光伏技術在種植業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)等各傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的應用，而且太陽能作為一種可再生能源，還具有綠色、清潔和安全等特點，在綠色農(nóng)業(yè)的建設中有著較高的應用價值。基于此，文章就傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與新能源融合催生綠色發(fā)展新模式進行了研究分析，探討了光伏技術在各傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的應用價值，以期能夠為現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)的建設發(fā)展提供科學的參考依據(jù)。

國家和社會的發(fā)展過程中最重要的就是保障糧食安全和能源安全，而在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展過程中融入新能源技術不僅有利于社會一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，更有利于培育農(nóng)業(yè)新業(yè)態(tài)，這對實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興也有著十分重要的現(xiàn)實意義。目前在綠色農(nóng)業(yè)中常用的光伏技術主要是利用太陽能資源，在實際應用中也基本不會受到地域限制，在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平上發(fā)揮著重要的作用。

一、光伏技術概述

近日，我國先后發(fā)布《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030 年前碳達峰行動方案》兩份重磅文件，該文件的發(fā)布也體現(xiàn)了我國在推進綠色低碳轉(zhuǎn)型的重視程度，不僅可以更好的促進我國社會的高質(zhì)量發(fā)展，同時也再次彰顯了大國擔當。截至目前，全球已有130 多個國家和地區(qū)提出了碳中和目標，越來越多的國家對綠色低碳和可持續(xù)發(fā)展提高了重視。能源是推動現(xiàn)代社會發(fā)展的主要動力，要想實現(xiàn)碳達峰碳中和目標就需要從能源領域著手，實現(xiàn)對多種能源的協(xié)同互補，就農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域來說，新能源的融入也是推動能源革命開展的重要手段。

世界各國的現(xiàn)代化建設速度不斷加快，日益嚴峻的能源緊缺問題已經(jīng)嚴重影響著各國的可持續(xù)發(fā)展，因此當前各國對新能源的利用也逐漸提高了重視。目前來看，新能源包括水力發(fā)電、風能、生物質(zhì)能和太陽能，其中太陽能的潛力最大，以此為基礎發(fā)展起來的光伏發(fā)電技術在各行業(yè)領域都有著較高的應用價值，其具有的可再生、安全、可靠、環(huán)保等優(yōu)勢特點可以較好的替代傳統(tǒng)能源。據(jù)統(tǒng)計2021 年，世界范圍內(nèi)太陽能光伏組件的產(chǎn)量將達到40GW·h，其發(fā)電量也將達到274TW·h，但光伏發(fā)電總量只占全球發(fā)電總量的1%，在光伏發(fā)電技術發(fā)展趨勢下，未來20 年內(nèi)太陽能發(fā)電將在全球大幅增長，發(fā)電占比將達到21%左右。

“光伏發(fā)電”一般來說是根據(jù)光伏特效應原理，依靠太陽能電池陣列、蓄電池組、控制器和逆變器等電子元件將太陽光能轉(zhuǎn)換成電能的一種現(xiàn)代發(fā)電技術，整個系統(tǒng)中涉及的光伏技術是由新材料、新能源、光電技術與化學技術等融合而成的綜合門類學科技術。近幾年，光伏技術發(fā)展迅速，相關的光伏配套設備質(zhì)量也不斷提升，我國在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中對光伏技術的應用也逐漸提高了重視，比如我國學者面對西北部的環(huán)境惡化問題因地制宜的研究出了太陽能提水的灌溉系統(tǒng)，之后各地對太陽能的應用也逐漸擴大了應用范圍，農(nóng)光互補、漁光互補、林光互補等發(fā)電系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，從而為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展奠定了良好的基礎。

二、光伏發(fā)電技術在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應用中的必要性

近年來，我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中暴露出的問題越來越多，包括生態(tài)環(huán)境惡化、種植效益下降等諸多問題，這些問題的存在都嚴重影響了農(nóng)戶的生產(chǎn)積極性，隨著綠色食品發(fā)展趨勢的加強，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)也需要加強改革升級，直面農(nóng)業(yè)環(huán)境污染和農(nóng)業(yè)資源不合理利用的問題；二是通過合理的開發(fā)來實現(xiàn)現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)的建設。就能源應用來看，新能源的使用有力促進了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展，在促進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施上也有著重要的作用。尤其是光伏發(fā)電技術的應用，其在提高傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平上更是發(fā)揮著重要作用。2018 年，國家發(fā)布的《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略（2018-2022年）》就將光伏視為鄉(xiāng)村振興的重要抓手，地方政府也在積極出臺相關政策，山東、江蘇、山西等9 省已將光伏寫入了鄉(xiāng)村振興的戰(zhàn)略規(guī)劃中，可見光伏發(fā)電技術在鄉(xiāng)村建設中應用的重要性。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中，光伏發(fā)電技術最先涉及到的是光伏大棚的使用，即多晶硅光伏能源在農(nóng)業(yè)大棚中的應用，實踐證明這一大棚形式不僅可以進行果樹種植，而且在發(fā)電上也有較高的效益。在滿足自身用電的同時將富余電力輸送到國家電網(wǎng)，環(huán)保性與經(jīng)濟效益都比較優(yōu)秀，可以說，光伏發(fā)電技術已成為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心環(huán)節(jié)和首要標準，推廣和實施綠色農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為實現(xiàn)國家發(fā)展和社會進步的關鍵舉措。在項目的開展過程中，光伏技術的應用并不會受到地形條件的限制，甚至荒山、荒坡等未利用地都適應光伏項目的開發(fā)，因此將其應用傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也更具有價值，從而為我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展奠定了堅實的基礎。

三、傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與新能源融合的具體發(fā)展模式

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展建設要求越來越高，新能源的融入也受到了各方的重點關注，越來越多光伏農(nóng)業(yè)項目的發(fā)展也極大的推進了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，而且“光伏+農(nóng)業(yè)”的發(fā)展模式有效的解決了取水灌溉機械動力所需要的供電問題，其占地面積也比較小，不需要與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)爭奪土地資源，而且還可以將多出來的電賣給國家電網(wǎng)。在實際建設中，光伏電站的設計結(jié)合了農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖等多個項目，不僅不會影響光伏發(fā)電項目的正常運行，同時還能夠滿足動物、植物的各項需求，這種農(nóng)光互補的發(fā)展新模式較大的推動了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的綠色生產(chǎn)水平。在目前的發(fā)展中，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與新能源的融合主要體現(xiàn)在以下幾種發(fā)展模式。

1、光伏+果蔬

光伏+果蔬指的是將棚頂光伏發(fā)電和棚下農(nóng)業(yè)種植有機結(jié)合起來，主要就是種植一些喜陰的果蔬，其對陽光的要求并不高，加裝的光伏可以充分的利用太陽能，一些需要進行光合作用的農(nóng)作物也可以根據(jù)電池與葉綠素在吸收光譜上的互補性，從而實現(xiàn)了太陽能的高效利用。目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用的大棚種類有封閉式連體連棟大棚、封閉式單體大棚、敞開式單體大棚等三種，不僅實現(xiàn)了一年四季瓜果蔬菜供應，而且在很多旅游區(qū)還能夠以此發(fā)展采摘旅游業(yè)，真正實現(xiàn)為農(nóng)民創(chuàng)收。目前光伏大棚在建設過程中也加強了與電子信息設備的融合應用，由光伏供電系統(tǒng)、監(jiān)測模塊、微機處理中心以及無線網(wǎng)絡等組成的大棚自動化系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)大棚的遠程監(jiān)控，從而增強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)壓力。據(jù)統(tǒng)計，2020 年我國蔬菜種植面積超過2100 億平米，若0.1%的蔬菜種植面積可以采用光伏項目，按照每平米200Wp，每瓦4 元計算，對應市場容量可達43GW/1891億元。

2、光伏+菌落

根據(jù)光伏發(fā)電要陽光、食用菌生長要遮光的原理，可以在光伏板下的空地可以種植一些食用菌，由于光伏項目一般規(guī)模較大，地下的空地規(guī)模比較客觀，再加上食用菌大多喜陰潮濕的環(huán)境，因此種植食用菌最適合不過。在種植過程中，可以使用當?shù)氐淖魑锝斩挕㈦s木、玉米梗等植物作為菌材，即使是廢棄的菌包也可以制備成花卉基質(zhì)、有機肥等，不會產(chǎn)生較大的資源浪費。比如可以種植大球蓋菇，大球蓋菇是國際菇類交易市場上的十大菇類之一，其富含蛋白質(zhì)、多糖、礦物質(zhì)、維生素與生物活性物質(zhì)，氨基酸種類達17 種，具有很高的營養(yǎng)價值，市場需求大，市場價值高。就目前的種植現(xiàn)狀來看，大球蓋菇種植技術比較容易掌握，很多種植戶也比較青睞這一菌落的種植，經(jīng)濟效益也可觀，據(jù)統(tǒng)計，按照每畝菌床產(chǎn)出2500 公斤菌菇，以每公斤7 元的收購價計算，產(chǎn)值可以達到一畝1.75 萬元，刨去人工、材料等成本，一畝地的純利潤大約為四五千元。

3、光伏+畜禽養(yǎng)殖

養(yǎng)殖業(yè)也是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的重要組成部分，是農(nóng)戶們實現(xiàn)增收的重要渠道，在畜禽養(yǎng)殖中，首先需要明確的是光對于動物的意義，其對動物自身的行為和生理都有著較大的影響，很多牲畜的繁殖過程都會受到光照的影響。目前光伏發(fā)電技術在養(yǎng)殖業(yè)中的應用主要就是在圈養(yǎng)牧場的屋頂上安裝光伏設備，以實現(xiàn)節(jié)約電費的目的，而且光伏陣列還能夠改善土地狀況，為散養(yǎng)奠定良好的基礎。一方面可以提高養(yǎng)殖效益，據(jù)統(tǒng)計，2021 年出欄豬牛羊禽對應的畜/禽養(yǎng)殖建筑面積約38-47 億平米，考慮5%滲透率、4 元/Wp 成本，則市場容量可達38-47GW/1508-1872 億元；另一方面還需要關注成批量鋪設的光伏板在促進草類植物生上的作用，對改善農(nóng)牧區(qū)的生態(tài)環(huán)境也有著重要的作用。

4、光伏+漁業(yè)（漁光互補）

魚類養(yǎng)殖對陽光需求不大，水生植物在強光下也會出現(xiàn)光抑制，故太陽輻射存在大于池塘需求的情況，因此光伏+漁業(yè)（漁光互補）的發(fā)展就是利用魚塘廣闊的面積，在上面安裝太陽能電池板來發(fā)電，光伏組件立體布置于水面上方，下面水產(chǎn)養(yǎng)殖，一地兩用，在發(fā)電的同時也不會影響水產(chǎn)養(yǎng)殖，利潤比單純水產(chǎn)養(yǎng)殖大幅提高，光伏陣列還可以為養(yǎng)魚提供良好的遮擋作用，較好地解決了發(fā)展新能源和大量占用地的矛盾，因此魚塘可以安裝分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，我國淡水+海水養(yǎng)殖面積保持在700 億平米左右，按1%滲透率，40Wp/平米，4.5 元/Wp 計算，對應的市場容量可達28GW/1266 億元，未來具有較大潛力。

5、光伏+林業(yè)

光伏+林業(yè)就是在光伏設備下部空間種植一些耐陰作物，或者是建設一些弱光型、陰陽型花卉苗木光伏大棚，封閉式、敞開式光伏農(nóng)業(yè)大棚，從而實現(xiàn)了陽光、土地資源的立體高效利用。調(diào)查表明，第八次全國森林資源清查未成林造林地面積650 萬公頃，若考慮其中的0.5%參與林光互補模式，則有望帶來市場容量3.25 億平米/65GW/2600 億元。

6、光伏+藥材

目前藥材的人工培育種植也是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的一大熱點，部分喜陰中藥材適合在陰冷潮濕的山區(qū)地方種植，通過光伏+藥材的發(fā)展模式也可以為藥材種植營造一個良好的環(huán)境。

7、光伏+生態(tài)

利用荒山荒坡、鹽堿地、廢棄煤礦區(qū)等閑置土地，開發(fā)生態(tài)光伏，建設光伏電站，可以實現(xiàn)環(huán)保、經(jīng)濟效益雙豐收，同時還能使這些廢棄土地慢慢恢復生物多樣性。

8、光伏+水利

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，光伏+水利主要涉及到的就是農(nóng)田灌溉方面，灌溉領域作為光伏與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最早結(jié)合的領域，發(fā)展到如今其技術已經(jīng)相對成熟，利用光伏發(fā)電可以解決水力不足的問題，從而更好地滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中灌溉的需求。

四、發(fā)展趨勢

1、重點推進光伏技術革新

目前我國在光伏技術的核心仍舊是光伏特效應，即在其運行中主要是依靠電子元件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。在發(fā)電系統(tǒng)中，有關于電子元件的革新問題是針對太陽能電池的改造，但實際上在發(fā)電系統(tǒng)中還有眾多不同的電子元件都會影響到光伏發(fā)電的效率，在這種情況下，必須要推進光伏技術的革新，相關技術人員要積極探索三代理想光伏電池以及光伏混合發(fā)電的新型模式，以便可以進一步提高能源運用效率，同時還能提高能源轉(zhuǎn)換率。除此以外，在光伏發(fā)電技術的利用上還需要綜合考慮不同的區(qū)域環(huán)境條件差異，革新能源輸送方式，提高能源輸送效率。

2、創(chuàng)新發(fā)展綠色能源模式

在光伏發(fā)電技術的應用過程中還需要關注其他新能源的混合使用，從而提高能源應用效果，目前各地以太陽能為主，以風能、熱能、光熱能等為輔助能源的混合光伏發(fā)電模式越來越重視，在綠色能源的建設中有著較高的應用價值。

3、建立光伏+農(nóng)業(yè)邏輯體系

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與光伏發(fā)電技術結(jié)合應用的研究中大多還集中在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)應用方面，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的建設發(fā)展，光伏結(jié)合農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式也有了多樣性的需求，因此還應該以技術、利用模式和體制機制創(chuàng)新為導向，積極鼓勵具備條件的地區(qū)、部門和企業(yè)因地制宜地開展各類農(nóng)村能源應用試點，以此更好的消除人民對新能源利用上存在的顧慮問題。通過示范項目的開展，相關部門以及技術人員還可以不斷探索新的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，結(jié)合當?shù)氐陌l(fā)展實際以及新能源的利用情況不斷完善相關理論體系支撐，真正的建立起光伏+農(nóng)業(yè)邏輯體系，從而為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與新能源的融合發(fā)展奠定科學的理論依據(jù)。

4、加強農(nóng)村能源社會化服務體系建設

在新能源的應用要求下，農(nóng)村在能源服務體系的建設上也需要不斷進行完善，以便可以為新能源的發(fā)展提供科學的制度支撐和保障，因此農(nóng)業(yè)服務部門應該重視農(nóng)村的新能源管理工作，并結(jié)合新能源的利用現(xiàn)狀和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際形成一套可持續(xù)發(fā)展的技術服務體系，以適應城鄉(xiāng)一體化能源供應體系建設及清潔能源發(fā)展的需要。除此以外還需要政府方面做好頂層設計，在實際工作中應該將農(nóng)村能源服務體系與國家經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào)，并予以一定的政策和制度保障，還應該加強與企業(yè)的聯(lián)系，做好企業(yè)與農(nóng)戶的橋梁，利用龍頭企業(yè)不斷為傳統(tǒng)工農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供動力。

5、鼓勵科研單位與科研院所科研創(chuàng)新光伏農(nóng)業(yè)技術

目前，可著重結(jié)合自主知識產(chǎn)權(quán)與光伏產(chǎn)業(yè)技術的實際發(fā)展，設置相應的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品認證標準與實際監(jiān)測規(guī)范制度。同時，可對光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的產(chǎn)品質(zhì)量標準進行有效的約束，防止出現(xiàn)假冒偽劣產(chǎn)品進入到現(xiàn)代化的市場環(huán)境中，進而使得光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展朝著更加優(yōu)質(zhì)化、專業(yè)化、定量化的角度進行發(fā)展。

綜上所述，新能源光伏發(fā)電技術發(fā)展迅速，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用優(yōu)勢比較明顯，通過與種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、漁業(yè)、林業(yè)等多個傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的融合應用可有效的推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的綠色建設，為農(nóng)戶的增收增效奠定了堅實的基礎。隨著相關技術的不斷發(fā)展進步，光伏技術的應用力度也不斷深入，在未來的研究中，相關技術人員在項目的研究開發(fā)過程中也需要結(jié)合農(nóng)村地區(qū)的實際發(fā)展需要，并且重視對當?shù)刭Y源優(yōu)勢的高效利用，大力建設和發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟，緊密結(jié)合生態(tài)環(huán)保與農(nóng)業(yè)能源建設，光伏技術還需要協(xié)同市場、經(jīng)濟、規(guī)劃乃至環(huán)境等方面來構(gòu)建一個完善的理想化的光伏+農(nóng)業(yè)模式，從而真正發(fā)揮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國優(yōu)勢，保障國家的糧食安全與能源安全。