光伏與農(nóng)業(yè)結(jié)合的相關(guān)研究綜述

王嘉鵬

（龍?jiān)次鞑匦履茉从邢薰?，西藏自治區(qū) 拉薩 850000）

引言

光伏農(nóng)業(yè)是近年來發(fā)展的一種新的產(chǎn)業(yè)模式。它在農(nóng)業(yè)設(shè)施中安裝光伏太陽設(shè)備，采用農(nóng)業(yè)方式，將光伏產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)相結(jié)合。通過光伏技術(shù)與農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合，改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，促進(jìn)農(nóng)業(yè)附加值的提高，全面降低了能源消耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。由此可見光伏農(nóng)業(yè)的前景非常廣闊，提高單位農(nóng)業(yè)耕地的總體產(chǎn)值，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)資源利用的最大化。利用光伏發(fā)電模式，促進(jìn)了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

一、關(guān)于現(xiàn)代光伏農(nóng)業(yè)的簡述

光伏農(nóng)業(yè)是將光伏產(chǎn)品與農(nóng)業(yè)種植技術(shù)相結(jié)合的新型生產(chǎn)方式，利用現(xiàn)代方法將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并利用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。其目標(biāo)是提升生態(tài)農(nóng)業(yè)環(huán)境，生產(chǎn)環(huán)保無污染的農(nóng)產(chǎn)品。整個(gè)生產(chǎn)過程使用現(xiàn)代技術(shù)，符合綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展規(guī)律。光伏農(nóng)業(yè)有較高的生態(tài)效益和可持續(xù)發(fā)展能力，同時(shí)它也是休閑農(nóng)業(yè)和有機(jī)農(nóng)業(yè)的重要組成。將光伏發(fā)電應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植以及水利灌溉過程中，同時(shí)也促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。2000 以后光伏農(nóng)業(yè)開始發(fā)展，以光伏大棚光伏電站為主的農(nóng)業(yè)項(xiàng)目陸續(xù)建成，出現(xiàn)了施工光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園。隨著光伏技術(shù)的應(yīng)用，技術(shù)人員對(duì)光伏農(nóng)業(yè)提出了新定義。稱它為是一種“半工業(yè)”的綠色發(fā)展形態(tài)；因?yàn)樗鉀Q了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的能源問題，同時(shí)還將產(chǎn)生過剩的能源進(jìn)行組合。以農(nóng)業(yè)光伏網(wǎng)為核心，應(yīng)用光伏發(fā)電加工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品。

二、關(guān)于光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)及優(yōu)勢分析

利用光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)，可有效提高土地利用效率。由于光伏設(shè)備不會(huì)占用耕地和改變土壤環(huán)境。實(shí)現(xiàn)了光伏技術(shù)與農(nóng)業(yè)的有效組合，提高了耕地利用率，增加了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。另外，通常光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)初期投資較大，并對(duì)后續(xù)管理要求較高。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比，其初期要投入大量資金。同時(shí)只配備足夠的專業(yè)管理人員才能實(shí)現(xiàn)光伏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的價(jià)值。最后，該產(chǎn)業(yè)模式適合現(xiàn)代化的管理和運(yùn)營，由于前期投資增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)營壓力，并且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也向機(jī)械化、規(guī)模化方向、集約化模式轉(zhuǎn)型，以發(fā)揮現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的優(yōu)勢。并且光伏農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命比較長，通常達(dá)25 年以上。從長遠(yuǎn)來看，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，提高了效益經(jīng)濟(jì)。因此，應(yīng)用光伏農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢非常明顯。如棚內(nèi)發(fā)電、棚下種植的生產(chǎn)模式，推進(jìn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。實(shí)現(xiàn)了工農(nóng)業(yè)以及各種先進(jìn)技術(shù)的有機(jī)融合，提高了農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和生產(chǎn)價(jià)值。

三、光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用

（一）光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉中的應(yīng)用

光伏技術(shù)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合，首先出現(xiàn)在灌溉領(lǐng)域。我國光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)灌溉的應(yīng)用還是比較早的。由于西北地區(qū)干旱少雨，而太陽能資源比較豐富。符合光伏取水需求，因此提出了利用光伏取水的技術(shù)應(yīng)用可行性。并很快實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保以及促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目，同時(shí)也保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。許多專家對(duì)光伏灌溉進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，明確要結(jié)合應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品，考查其實(shí)施的經(jīng)濟(jì)性。此外，光伏灌溉不僅滿足了農(nóng)業(yè)用水需求，還能對(duì)灌溉系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理。雖然對(duì)光伏灌溉的實(shí)施還存在爭論，但在干旱、能源匱乏以及其發(fā)展依賴農(nóng)業(yè)的地區(qū)，利用光伏灌溉技術(shù)，還是有效地減少了能源短缺的現(xiàn)狀，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

（二）光伏技術(shù)在溫室系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

人口增長和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，對(duì)食物的需求量不斷增加，而糧食產(chǎn)量依賴于先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，比如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中溫室系統(tǒng) 。農(nóng)業(yè)溫室生產(chǎn)成本主要自于控制溫度所消耗的能源。而利用光伏技術(shù)，可為溫室生產(chǎn)提供可持續(xù)的能源。技術(shù)專家對(duì)不同類的光伏技術(shù)，在溫室系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)的經(jīng)濟(jì)分析，其中以CIGS 光伏技術(shù)的回收期短，碳排放量最少，對(duì)環(huán)境的影響較小。光伏板可增加進(jìn)入溫室的光量。半透明光伏板在溫室中的使用，在陽光充足時(shí)對(duì)光伏組件遮陽，溫室溫度從3℃降低到1℃，對(duì)濕度無明顯影響。

（三）光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)大棚的應(yīng)用

“光伏農(nóng)業(yè)大棚”是利用以光伏板，為農(nóng)業(yè)大棚進(jìn)行涂裝作業(yè)。由于光伏板是光伏效應(yīng)的基本元件。在使用時(shí)結(jié)合植物光譜和吸收率，將太陽能光譜吸收擴(kuò)展到植物，減少光能地反射。再通過能量轉(zhuǎn)化裝置將其轉(zhuǎn)化為直流電，再利用集電極轉(zhuǎn)化為交流電，并傳輸它給輸出系統(tǒng)，將電能儲(chǔ)存在電池備用?；诠夥r(nóng)業(yè)大棚結(jié)構(gòu)體系現(xiàn)狀，目前主要有3 種光伏發(fā)電應(yīng)用。首先是“薄膜”光伏溫室。它采用鋼結(jié)構(gòu)為支撐形勢，形成隱蔽框架單坡屋頂采光。該方法利用鋼筋混凝土形成大棚的“四邊”，周邊采用織帶網(wǎng)格設(shè)計(jì)。應(yīng)用薄膜光伏組件，主要適用于大棚屋頂。通過收集太陽光譜，用作物生長供需能量以及設(shè)施的發(fā)電。該技術(shù)的總造價(jià)適中，是比較實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的光伏設(shè)計(jì)模式。其次是“房”式光伏溫室。在農(nóng)業(yè)溫室南屋頂連接光伏組件、鋼架和附架。在原設(shè)計(jì)溫室內(nèi)嵌入夾層玻璃。在北屋頂，采用鋼化玻璃，以形成“房”式光伏溫室。這種溫室有“薄膜”光伏溫室的功能，同時(shí)能夠應(yīng)用現(xiàn)代控制技術(shù)，打造智慧溫室，提高了農(nóng)業(yè)溫室智能化水平。實(shí)現(xiàn)了有機(jī)農(nóng)業(yè)的一體化，但該技術(shù)唯一的缺點(diǎn)是成本過高，投資回收期比較長。最后是“重疊式”光伏農(nóng)業(yè)溫室。該形式的溫室具有容量小的特點(diǎn)。在農(nóng)用大棚屋頂采用薄膜材料，由鋁合金支架進(jìn)行支撐，再安裝光伏組件。在棚頂產(chǎn)生發(fā)電效應(yīng)。此農(nóng)業(yè)溫室結(jié)構(gòu)簡單成本低。但由于其裝機(jī)容量小，無法配備先進(jìn)的控制設(shè)備。因此，溫室的光照、濕度等不能進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，只能成為發(fā)電裝備使用。

四、提升光伏農(nóng)業(yè)應(yīng)用的發(fā)展戰(zhàn)略

（一）全面加強(qiáng)農(nóng)業(yè)企業(yè)的組織管理，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合實(shí)力

國家要積極引導(dǎo)新型農(nóng)工企業(yè)，不斷完善其工作管理機(jī)制，加強(qiáng)光伏農(nóng)業(yè)技術(shù)專業(yè)人員的培訓(xùn)和服務(wù)導(dǎo)向，提高新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平。建立健全相關(guān)技術(shù)服務(wù)管理制度，充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)、光伏售后等作用，引導(dǎo)和促進(jìn)新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的發(fā)展和推廣。鼓勵(lì)廣大農(nóng)民開展多種合作模式和機(jī)構(gòu)，發(fā)展專業(yè)生產(chǎn)協(xié)會(huì)，積極推進(jìn)農(nóng)社、社聯(lián)生產(chǎn)合作模式改革，使個(gè)體向家庭農(nóng)場形式轉(zhuǎn)變、家庭農(nóng)場進(jìn)入合作社。并對(duì)光伏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，逐步向規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化方向推進(jìn)。合作社協(xié)會(huì)要積極引導(dǎo)和發(fā)展新型農(nóng)合組織，全面開展地域合作、資金合作。推進(jìn)光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的有效結(jié)合。為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造良好局面[1]。

（二）搭建農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)服務(wù)平臺(tái)

建議各地落實(shí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)激勵(lì)措施，加大對(duì)新型光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的支持力度，完善農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)和災(zāi)害分級(jí)保障機(jī)制。全面促進(jìn)光伏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的推廣和應(yīng)用。降低蔬菜農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。要依托各區(qū)域的資源優(yōu)勢，制定科學(xué)的政策措施，整合周邊傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)范圍，積極打造國家地理標(biāo)志光伏生態(tài)有機(jī)農(nóng)場及相關(guān)品牌，鼓勵(lì)農(nóng)民組織協(xié)會(huì)注冊(cè)商標(biāo)，將有光伏機(jī)產(chǎn)品實(shí)行統(tǒng)一標(biāo)識(shí)和包裝進(jìn)行銷售，合力打造綠色品牌。通過光伏技術(shù)的應(yīng)用，有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及運(yùn)營成本，提高產(chǎn)品競爭力和市場知名度。要鼓勵(lì)地方建立科學(xué)的綜合服務(wù)平臺(tái)，圍繞光伏農(nóng)企生產(chǎn)的需求，提供從生產(chǎn)到鎖住的完整服務(wù)。還要以光伏農(nóng)業(yè)生態(tài)園為基礎(chǔ)，建立優(yōu)良有機(jī)農(nóng)品種繁育基地，確保作物育種與育苗有效結(jié)合。要積極發(fā)展農(nóng)民專業(yè)合作社，提供設(shè)備、農(nóng)資集采、收購、技術(shù)咨詢?yōu)橐惑w的綜合服務(wù)。成立農(nóng)產(chǎn)品銷售中心，不斷拓寬銷售渠道。形成高效、現(xiàn)代化的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模。全面發(fā)揮光伏農(nóng)業(yè)技術(shù)的優(yōu)勢[2]。

（三）多管齊下促進(jìn)新型農(nóng)業(yè)模式的發(fā)展

各地區(qū)要根據(jù)情況，堅(jiān)持規(guī)劃和解決農(nóng)業(yè)土地利用的問題。以光伏發(fā)電與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合為契機(jī)，做好現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、土地規(guī)劃以及農(nóng)業(yè)用地規(guī)劃。建立規(guī)范的農(nóng)業(yè)用地管理及生產(chǎn)機(jī)制，有效緩解新型農(nóng)業(yè)發(fā)展的矛盾。全面降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，最大限度地提高土地使用效率。要更新光伏農(nóng)業(yè)政策支持，解決技術(shù)應(yīng)用等相關(guān)問題。建議出臺(tái)規(guī)?；瘧?yīng)用政府補(bǔ)貼政策，繼續(xù)完善光伏技術(shù)扶持措施，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的扶持模式，優(yōu)化策略管理環(huán)節(jié)，提高相關(guān)扶持資金使用，促進(jìn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的發(fā)展。另外要加大力度培養(yǎng)本土技術(shù)人才，解決光伏技術(shù)的合理應(yīng)用問題。各區(qū)地要深入開展農(nóng)業(yè)光伏技術(shù)專業(yè)技能培訓(xùn)，建立先進(jìn)的輪崗培訓(xùn)和相關(guān)進(jìn)修制度，以全面提高當(dāng)代農(nóng)民的綜合素質(zhì)，全面發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的水平。從農(nóng)業(yè)發(fā)展的角度評(píng)價(jià)，建議各地政府要加大資金投入，啟動(dòng)專業(yè)定點(diǎn)農(nóng)業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)，自主培養(yǎng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)種植專業(yè)人才。同時(shí)還要建立科學(xué)的激勵(lì)機(jī)制，注重對(duì)人才持續(xù)關(guān)注和培養(yǎng)，對(duì)從學(xué)校畢業(yè)而想發(fā)展新型農(nóng)業(yè)的人才提供專項(xiàng)資多，并制定相關(guān)的獎(jiǎng)勵(lì)政策[3]。

五、對(duì)光伏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及應(yīng)用的展望

光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中能源需求問題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與光伏技術(shù)的互補(bǔ)，促進(jìn)了光伏發(fā)電技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“共生”，優(yōu)化了傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高土地資源的利用率。從目前的技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容來看，光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用，包涵了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。而光伏技術(shù)農(nóng)業(yè)的應(yīng)用更著眼于其廣闊前景。因此光伏技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式中的應(yīng)用，必須要立足于未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展趨勢，如光伏在智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用。同時(shí)農(nóng)業(yè)與光伏的互補(bǔ)性，以前產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，要選擇不同地區(qū)及作物進(jìn)行研究，以推動(dòng)光伏技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的更好的共生融合。因此，產(chǎn)業(yè)共生將是光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展的必須方向[4]。

六、對(duì)目前光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)建議

光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模式的形成，是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向，其能有效促進(jìn)和提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，加快現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但目前的光伏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式受到諸多因素制約，需要用科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)加以糾正。同時(shí)還要在國家層面，能源部門以及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)給予足夠支持。政府應(yīng)設(shè)立光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金，積極引入制度化、規(guī)范化管理制度。以制度約束光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過政府的引導(dǎo)，在光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)建立中發(fā)揮作用。在光伏技術(shù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面，要加強(qiáng)光伏技術(shù)與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的研究，結(jié)合區(qū)域產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，深入了解當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)優(yōu)勢，組建研究團(tuán)隊(duì)。創(chuàng)新光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的方法，有效推動(dòng)光伏農(nóng)業(yè)的發(fā)展，奠定光伏農(nóng)業(yè)行業(yè)和未來市場化需求的發(fā)展[5]。

結(jié)束語

綜上所述，本文闡述現(xiàn)代化光伏農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及該農(nóng)業(yè)模式的優(yōu)點(diǎn)。立足當(dāng)前我國光伏農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，分析了主要的應(yīng)用，要強(qiáng)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)管理，不斷提升光伏農(nóng)業(yè)整體實(shí)力，搭建好農(nóng)業(yè)經(jīng)營服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)良好運(yùn)行。通過這種“光伏+農(nóng)業(yè)”生產(chǎn)模式，為現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了新的方向。