光伏农业研究与发展路径

陈 杰，雷书彦，陶 芬，黄金周

（1.湖北省农业科学院农业经济技术研究所，武汉 420064；2.湖北省电力勘测设计院有限公司，武汉 430070）

中国作出碳达峰、碳中和的重大决策，大力支持新能源产业发展，以农业产业融合发展为重点，推进乡村振兴战略实施。《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》（国发［2021］4 号）明确提出“以清洁能源等为重点率先突破，做好与农业融合发展，全面带动一二三产业和基础设施绿色升级”。光伏农业是光伏发电与种养殖业密切结合的新型农业模式，既有利于满足光伏产业用地需求，又能促进土地综合高效利用，是加快农业农村绿色发展和清洁能源产业高质量发展的重要途径。光伏农业的开发，对于农业结构的调整升级和解决“三农”问题具有重要作用。

1 光伏农业研究历程

1.1 光伏农业概念的提出

20 世纪60 年代国际上开展了太阳能在农业中应用研究。1975 年光伏水泵面世开启了光伏与农业结合的历程。在此之后，光伏在农业中的应用呈现出多样化的态势，从农业灌溉到照明、通风、农业机械、农业自动化和农业机器人等。为了实现低碳发展目标，诸多国家大力提升光伏发电在电力供应总量中占比，积极开展光伏电站的建设。作为光伏电站主要形式，地面光伏电站建设需要大片土地，土地资源成为光伏产业的一大限制因素，农光互补（Agrivoltaic，Agrophotovoltaic）得到重视，即在同一土地上既农业生产又光伏发电。

阿道夫·古茨贝格是农光一体概念的较早提出者，于1982 年发表《论太阳能发电与作物栽培的共存》，提出了农光一体概念［1］。2011 年，出现了“农光一体”（Agrivoltaic）研究［2］，农光一体是将农田用于农业生产和光伏发电，既扩大光伏发电的规模，又保留农田，提高土地利用效率，使得光伏与光合作用从竞争关系达到合作关系。光伏在全球的蓬勃发展，发电所需土地面积的增加，“农光一体”等创新概念支持了能源系统的转型，实现了农业用地的双重利用［3-5］。

国内光伏农业的研究起步较晚，彭梅牙［6］较早提出了光伏农业，光伏农业是集光伏产品和现代种养技术于一体，利用现代管理方法转化太阳能的现代设施农业。随着实践的深入，光伏农业的定义得到完善，阮晓东［7］和刘文科［8］认为，光伏农业是将太阳能发电与现代农业的种植、养殖、灌溉、病虫害防治以及农业机械动力等过程相结合，是现代农业的“类工业”绿色发展道路，是重要的农业工程形式。

1.2 光伏农业的作用

光伏农业实现农光互补，具有多重优势。零排放的光伏发电加上农业生产，可保护农作物免受干旱和冰雹或强降雨等极端天气的损害。通过部分遮挡农业生产区，可以降低蒸发率。光伏面板作为集流面收集雨水，加上清洗光伏面板的额外用水，增加了土壤含水量，其遮阳作用降低了地表水分蒸发，有利于植被恢复［9］。在偏远的干旱地区，农用光伏发电既可以用来供水和处理水，又可以减少农作物对水的需求，对减缓荒漠化和土壤退化趋势起到了重要作用。光伏电板支架可改变气流方向，降低风速，具有类似沙障的挡风阻沙作用［10］。弗劳恩霍夫ISE对印度马哈拉施特拉邦50 MWp 农光一体发电项目的研究结果显示，农光伏装置可使番茄和棉花产量分别提高11%和33%［11］。

1.3 光伏农业的主要模式及成效

“农光互补”“渔光互补”等多种光伏农业复合模式可以缓解土地资源的日趋紧张，得到了广泛应用，产生良好的经济效益和环境效益。由于光伏设施对农业生产空间的影响，阳光的减少和空间条件的改变，种植和养殖品种以耐阴和喜阴动植物为主。光照减少对农业产量和品质影响不大，甚有利于动植物生长，如种植喜阴蔬菜、中药材、食用菌、水生蔬菜，养鱼类［12］。光伏农业主要模式有光伏农业温室（大棚）［13-15］、光伏露地种植、光伏生态循环农业［16］、“渔光互补”模式［17，18］等。

孙立涛等［19］研究表明，光伏大棚茶园半封闭环境能更有效地控制棚内的温湿度，提供适宜于茶树生长所需的环境，延长了茶树有效生长的时间，提高茶产量，减少病虫害，实现安全、高效生产。黄艳国等［20］研究显示，甘草、板蓝根和半夏在光伏农业模式的遮阳条件种植，产品有效成分含量均能达到药典要求。梁勤朗等［21］研究显示，占地面积75%的光伏电站对黄颡鱼生长有益，占地面积50%的光伏电站对草鱼生长有益。

1.4 光伏农业的发展意义及前景

光伏发电与农业生产相结合的发展模式节约了土地资源、水资源，充分自然空间，优化能源结构，改善资源环境，可实现现代农业和光伏产业的双赢，通过该模式可带动农业产业转型，提高农民收入［22］。在推进光伏农业复合项目中，开展农业种养，防止光伏项目区抛荒，是一个难题。须加强光伏农业项目建设与监管力度，优化光伏电站和农业产业设计，建立规范有序的光伏农业用地机制［23］。同时，加强光伏技术在智慧农业、精准农业中的应用研究，以新发展理念推进光伏与农业融合发展，促进农村一二三产业融合发展，助力乡村振兴［24］。

2 国内光伏农业成功案例

中国光伏农业呈现爆发式增长，光伏农业涵盖了光伏电站与种植业、林业、畜牧业、渔业等复合发展的多种模式。2009 年光伏农业电站装机容量不到1 MW，2022 年达到1 182 MW。2022 年3 月中国已有光伏农业大棚、水产养殖渔光互补、畜禽养殖光伏大棚等项目400 余个。从具体模式来看，光伏农业大棚、农光互补和渔光互补项目占比高，尤以渔光互补为多。中国“光伏农业”看似风生水起，实则仍处初级阶段，商业模式单一、建设标准不一，农民收益保障不高等问题困扰着该产业的进一步发展。

国内光伏农业还是处于探索阶段的新兴农业形式，出现了一批较为成功的光伏农业案例。

2.1 光伏+果蔬种植——浙江淳安威坪农光互补光伏发电项目

该项目总占地44.8 hm2，光伏发电占地37.2 hm2，总投资1.50 亿元，光伏总装机容量20 MWp，年发电量1 800 万kW·h，2018 年12 月28 日并网发电。在光伏板下有种植蓝莓、葡萄、黄金桃、桑黄菌等的试验田，打造了现代生态农业循环立体产业园，每年给村集体和农民带来60 多万元的净收入。

2.2 光伏+茶叶种植——浙江浙能环亚松阳光伏电站

该项目总投资2.53 亿元，总装机容量35 MWp，年均发电量约3 208 万kW·h。电站内种植茶叶、苗木、油茶，养殖土鸡、土鸭，实现板上发电、板下种植养殖，取得良好的经济效益。当地茶农专门成立了合作社来承租电站的土地。合作社采用村民入股的模式，共有10 多户村民参加，盛产期光伏板下茶树年收益可达37.5 万元/hm2。

2.3 光伏+食用菌种植——河北平泉汇勇30 MWp农业光伏发电项目

该项目着力打造“绿色光伏+食用菌”的农业扶贫示范园区，总投资3 亿元，占地82.4 hm2，总装机容量30.27 MWp，共建发菌棚340 个，出菇棚1 000 个，发展地栽香菇1 000 万袋，年产量10 000 t。该项目采用产业大户带动、贫困户入股、分散经营、自主管理、统一技术销售的扶贫园区模式，带动贫困户75户，解决本村及周边村农民300 余人就业，户均增收6 万元以上。

2.4 光伏+中药材种植——山东沂南力诺光伏发电与中草药种植一体化项目

该项目占用河滩荒地200 hm2，装机容量100 MWp，总投资15 亿元。项目一期流转兴旺庄村河滩荒地66.67 hm2，村集体每年可获得土地收益80 万元，年人均增收524 元。在光伏电站组件下方种植丹参、黄芩、甘草、皂角等耐旱喜阴的中草药40 hm2，每年可实现产值570 万元，吸纳安置贫困户40 人，年人均增收1 900 元。既有效利用土地资源增加收益，又涵养水源、封沙固土，综合效益较为明显。

2.5 光伏+渔业养殖——振合新能源光伏科普示范基地

该项目是与中国农业科学院等科研部门合作的生态光伏电站，占地（水面）面积453.33 hm2，适宜养殖面积240 hm2，总投资超10 亿元，装机容量118 MWp，平均年发电量2.2 亿kW·h。该项目为高效农业光伏一体化科普示范基地，在光伏板下进行水生植物、经济作物种植和水产养殖，结合当地自然环境打造渔光互补、风光互补、旅游观光相结合。基地龙虾和螃蟹混养，同时养殖甲鱼、虎头鲨、泥鳅、黄鳝等喜阴鱼种，渔业每公顷年产值可达3 万元以上。

2.6 多业态融合——大秦安龙光伏高科技农业生态产业园

该项目总规划面积333.33 hm2，光伏装机容量150 MWp，分为三期建设。一期面积93.33 hm2，总投资4 亿元，建设30 MWp 太阳能光伏电站、73.33 hm2综合型光伏农业科技大棚、1 个综合展厅、4 个主题展厅、1 个种植研究中心（包含现代农业农民就业培训中心）、生产加工区及旅游观光带等。利用现代种植技术，种植食用菌、中药材、特色花卉等，着力打造集设施农业大棚、光伏电站、农产品生产及休闲旅游观光功能板块于一体的光伏农业产业园区。农户通过土地入股，劳务创收、种植收入、光伏扶贫、旅游带动等增收，户均年增收3 万元以上。

3 光伏农业发展模式推荐

光伏农业复合项目必须因地制宜，选择适合本地区的种植、养殖模式。结合湖北地区土壤、水资源及气候特点，推荐“光伏+”粮食、蔬菜、茶叶、中药材、渔业、畜禽等6 种发展模式。

光伏+粮食种植模式。推荐粮食作物品种为马铃薯、甘薯、大麦等，适宜于平原或丘岗园地、丘陵“粮改饲”地区。该模式符合“非粮化”政策，对保障粮食安全意义重大。但该模式对基础设施建设要求较高，在光伏电站建设过程中需开展土地平整、田间道路、生产运输通道、水利设施等基础设施建设。

光伏+蔬菜种植模式。推荐蔬菜品种为菜用甘薯、芹菜、白菜、韭菜等叶菜类，适宜于平原或丘岗园地。该模式效益较好，劳动力需求较大，有利于带动当地农民就业。但对基础设施建设要求较高，需配套建设农业废弃物处理及资源化利用项目，确保生态环境安全。

光伏+茶叶种植模式。该模式适宜于非粮缓坡地、荒地、非保护林地，或已建成的茶园，可充分利用湖北已有的大面积茶园，不额外占用农用地，有利于提高茶园产品品质。

光伏+中药材种植模式。推荐中药材品种为黄精、白芨、伏苓等，适宜于山区和丘陵区域非粮缓坡地、荒地。

光伏+渔业养殖模式。养殖模式推荐“光伏+80∶20 养殖模式”“光伏+小龙虾养殖模式”“光伏+网箱养鳝模式”“光伏+池塘圈养模式”等，适宜于鱼塘、湿地。养殖水面需设置深水捕捞区，控制养殖密度，不得高于正常条件下的80%。

光伏+畜禽养殖模式。推荐模式有2 种，其中种草养鹅（鸭）模式适宜于平原湖区湿地，种草养鸡（羊）模式适宜于山区、丘陵缓坡地。要控制养殖密度，并配套建设农业废弃物处理及资源化利用项目，确保生态环境安全。

4 推进光伏农业可持续发展的对策与建议

4.1 加大政策支持力度

一是强化规划引领。做好光伏农业发展规划、土地利用规划，建立规范有序的光伏农业用地机制，明确各地区光伏农业产业的功能布局，发挥政府在光伏农业建设发展中的指导和引导作用。二是加强光伏农业项目建设与监管力度。完善部门协调机制，严查已建光伏农业项目土地撂荒，对运营良好的光伏农业项目树立典型。三是加大资金投入力度。设立光伏农业建设发展专项资金，实行以奖代补，多方拓宽资金来源，建立政府主导，银行、企业、社会等多方合作的金融支持体系，积极探索开发适用于光伏农业的保险业务。

4.2 加大科技创新力度

一是建立光伏农业研发平台。鼓励支持科研院所建立光伏农业实验室、光伏农业技术创新平台，加强光伏农业相关产业协同攻关。二是设立光伏农业研发专项。系统地开展光伏农业产业发展战略和技术体系研究，重点开展适合光伏农业的品种、农艺技术创新，培育光伏农业专用的动植物品种并制定相应的生产技术标准，建立与农业融合的光伏设施结构配置优化技术理论，解决农业所需透光率与光伏发电效率两者兼容照顾的难题，研发适应光伏农业的农机装备和应用技术，破解人工劳动力成本高的瓶颈。三是建设光伏农业研究示范展示基地。支持科研院所与光伏发电企业联合建设农光一体化示范基地，充分发挥试点示范带动作用，为光伏农业发展提供切实可行、可复制推广的配套技术。

4.3 加大人才培养力度

一是建立光伏农业复合型人才联合培养体系。支持科研院校、企业、社会组织合作建设光伏农业技术研究团队，依托科技计划项目、重点实验室、产业技术体系等，建立适应行业发展的人才培养体系。二是建立人才合作培养基地。充分发挥产学研一体化作用，以科研院校为中心，联合企业、社会组织，建立光伏农业领域应用人才培养基地、光伏农业产教融合服务平台、光伏农业培训及评价体系。三是建立人才激励机制。深入开展光伏农业科研人才培养计划，建立健全光伏农业科研评价、科研经费、科研分配等机制，为光伏农业技术研发提供基本保障。

4.4 推动产业深度融合

将光伏、现代农业、生态、旅游结合起来，利用光伏设施、田园景观、农业生产活动、农业生态环境和生态农业经营模式，发展贴近自然的特色旅游项目。突出科技、农耕、艺术、互动等多种农旅与研学主题，将光伏农业园区打造成为休闲农业“打卡地”，为游客和青少年提供采摘、研学、观赏、采风的平台。加速光伏农业与现代农业、创意农业的深度融合，增加农业及旅游收益，带动当地农民持续增收。