張振朋

我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平直接影響著我國綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)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(guān)注，通過新能源的融入應(yīng)用也為當(dāng)前農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展指明了新的道路。新能源的應(yīng)用是我國能源戰(zhàn)略實(shí)施中的重要內(nèi)容，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，新能源的突出應(yīng)用主要指的是光伏技術(shù)在種植業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)等各傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)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(diǎn)，在綠色農(nóng)業(yè)的建設(shè)中有著較高的應(yīng)用價(jià)值?；诖?，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(jìn)行了研究分析，探討了光伏技術(shù)在各傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值，以期能夠?yàn)楝F(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)的建設(shè)發(fā)展提供科學(xué)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(shù)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(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興也有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前在綠色農(nóng)業(yè)中常用的光伏技術(shù)主要是利用太陽能資源，在實(shí)際應(yīng)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(shù)概述

近日，我國先后發(fā)布《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》和《2030 年前碳達(dá)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(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重視程度，不僅可以更好的促進(jìn)我國社會的高質(zhì)量發(fā)展，同時也再次彰顯了大國擔(dān)當(dāng)。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(biāo)，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(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)就需要從能源領(lǐng)域著手，實(shí)現(xiàn)對多種能源的協(xié)同互補(bǔ)，就農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)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(shè)速度不斷加快，日益嚴(yán)峻的能源緊缺問題已經(jīng)嚴(yán)重影響著各國的可持續(xù)發(fā)展，因此當(dāng)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(fēng)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(chǔ)發(fā)展起來的光伏發(fā)電技術(shù)在各行業(yè)領(lǐng)域都有著較高的應(yīng)用價(jià)值，其具有的可再生、安全、可靠、環(huán)保等優(yōu)勢特點(diǎn)可以較好的替代傳統(tǒng)能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)2021 年，世界范圍內(nèi)太陽能光伏組件的產(chǎn)量將達(dá)到40GW·h，其發(fā)電量也將達(dá)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(shù)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(dá)到21%左右。

“光伏發(fā)電”一般來說是根據(jù)光伏特效應(yīng)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(shù)，整個系統(tǒng)中涉及的光伏技術(shù)是由新材料、新能源、光電技術(shù)與化學(xué)技術(shù)等融合而成的綜合門類學(xué)科技術(shù)。近幾年，光伏技術(shù)發(fā)展迅速，相關(guān)的光伏配套設(shè)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(shù)的應(yīng)用也逐漸提高了重視，比如我國學(xué)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(yīng)用也逐漸擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，農(nóng)光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)、林光互補(bǔ)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(chǔ)。

二、光伏發(fā)電技術(shù)在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)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(yán)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(qiáng)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)也需要加強(qiáng)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)代綠色農(nóng)業(yè)的建設(shè)。就能源應(yīng)用來看，新能源的使用有力促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的綠色發(fā)展，在促進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施上也有著重要的作用。尤其是光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)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(guān)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(shù)在鄉(xiāng)村建設(shè)中應(yīng)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(shù)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(yīng)用，實(shí)踐證明這一大棚形式不僅可以進(jìn)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(jì)效益都比較優(yōu)秀，可以說，光伏發(fā)電技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心環(huán)節(jié)和首要標(biāo)準(zhǔn)，推廣和實(shí)施綠色農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)國家發(fā)展和社會進(jìn)步的關(guān)鍵舉措。在項(xiàng)目的開展過程中，光伏技術(shù)的應(yīng)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(yīng)光伏項(xiàng)目的開發(fā)，因此將其應(yīng)用傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也更具有價(jià)值，從而為我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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(shè)要求越來越高，新能源的融入也受到了各方的重點(diǎn)關(guān)注，越來越多光伏農(nóng)業(yè)項(xiàng)目的發(fā)展也極大的推進(jìn)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(jī)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(shí)際建設(shè)中，光伏電站的設(shè)計(jì)結(jié)合了農(nóng)業(yè)種植、養(yǎng)殖等多個項(xiàng)目，不僅不會影響光伏發(fā)電項(xiàng)目的正常運(yùn)行，同時還能夠滿足動物、植物的各項(xiàng)需求，這種農(nóng)光互補(bǔ)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(jī)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(jìn)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(bǔ)性，從而實(shí)現(xiàn)了太陽能的高效利用。目前在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)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(shí)現(xiàn)了一年四季瓜果蔬菜供應(yīng)，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(shí)現(xiàn)為農(nóng)民創(chuàng)收。目前光伏大棚在建設(shè)過程中也加強(qiáng)了與電子信息設(shè)備的融合應(yīng)用，由光伏供電系統(tǒng)、監(jiān)測模塊、微機(jī)處理中心以及無線網(wǎng)絡(luò)等組成的大棚自動化系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)大棚的遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而增強(qiáng)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(jì)，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(xiàng)目，按照每平米200Wp，每瓦4 元計(jì)算，對應(yīng)市場容量可達(dá)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(xiàng)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(dāng)?shù)氐淖魑锝斩?、雜木、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(jī)肥等，不會產(chǎn)生較大的資源浪費(fèi)。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(dá)17 種，具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，市場需求大，市場價(jià)值高。就目前的種植現(xiàn)狀來看，大球蓋菇種植技術(shù)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(jì)效益也可觀，據(jù)統(tǒng)計(jì)，按照每畝菌床產(chǎn)出2500 公斤菌菇，以每公斤7 元的收購價(jià)計(jì)算，產(chǎn)值可以達(dá)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(shí)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(shù)在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用主要就是在圈養(yǎng)牧場的屋頂上安裝光伏設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)節(jié)約電費(fèi)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(chǔ)。一方面可以提高養(yǎng)殖效益，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年出欄豬牛羊禽對應(yīng)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(dá)38-47GW/1508-1872 億元；另一方面還需要關(guān)注成批量鋪設(shè)的光伏板在促進(jìn)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(bǔ)）

魚類養(yǎng)殖對陽光需求不大，水生植物在強(qiáng)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(bǔ)）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(jì)，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(jì)算，對應(yīng)的市場容量可達(dá)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(shè)備下部空間種植一些耐陰作物，或者是建設(shè)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(shí)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(bǔ)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(diǎn)，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(shè)光伏電站，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益雙豐收，同時還能使這些廢棄土地慢慢恢復(fù)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(lǐng)域作為光伏與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最早結(jié)合的領(lǐng)域，發(fā)展到如今其技術(shù)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(diǎn)推進(jìn)光伏技術(shù)革新

目前我國在光伏技術(shù)的核心仍舊是光伏特效應(yīng)，即在其運(yùn)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(guān)于電子元件的革新問題是針對太陽能電池的改造，但實(shí)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(jìn)光伏技術(shù)的革新，相關(guān)技術(shù)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(jìn)一步提高能源運(yùn)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(shù)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(shù)的應(yīng)用過程中還需要關(guān)注其他新能源的混合使用，從而提高能源應(yīng)用效果，目前各地以太陽能為主，以風(fēng)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(shè)中有著較高的應(yīng)用價(jià)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(shù)結(jié)合應(yīng)用的研究中大多還集中在農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)應(yīng)用方面，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的建設(shè)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(yīng)該以技術(shù)、利用模式和體制機(jī)制創(chuàng)新為導(dǎo)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(yīng)用試點(diǎn)，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(xiàng)目的開展，相關(guān)部門以及技術(shù)人員還可以不斷探索新的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，結(jié)合當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展實(shí)際以及新能源的利用情況不斷完善相關(guān)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(xué)的理論依據(jù)。

4、加強(qiáng)農(nóng)村能源社會化服務(wù)體系建設(shè)

在新能源的應(yīng)用要求下，農(nóng)村在能源服務(wù)體系的建設(shè)上也需要不斷進(jìn)行完善，以便可以為新能源的發(fā)展提供科學(xué)的制度支撐和保障，因此農(nóng)業(yè)服務(wù)部門應(yīng)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(shí)際形成一套可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)服務(wù)體系，以適應(yīng)城鄉(xiāng)一體化能源供應(yīng)體系建設(shè)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(shè)計(jì)，在實(shí)際工作中應(yīng)該將農(nóng)村能源服務(wù)體系與國家經(jīng)濟(jì)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(yīng)該加強(qiáng)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(shù)

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(shù)的實(shí)際發(fā)展，設(shè)置相應(yīng)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的約束，防止出現(xiàn)假冒偽劣產(chǎn)品進(jìn)入到現(xiàn)代化的市場環(huán)境中，進(jìn)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(jìn)行發(fā)展。

綜上所述，新能源光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)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(yīng)用可有效的推動傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的綠色建設(shè)，為農(nóng)戶的增收增效奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，光伏技術(shù)的應(yīng)用力度也不斷深入，在未來的研究中，相關(guān)技術(shù)人員在項(xiàng)目的研究開發(fā)過程中也需要結(jié)合農(nóng)村地區(qū)的實(shí)際發(fā)展需要，并且重視對當(dāng)?shù)刭Y源優(yōu)勢的高效利用，大力建設(shè)和發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，緊密結(jié)合生態(tài)環(huán)保與農(nóng)業(yè)能源建設(shè)，光伏技術(shù)還需要協(xié)同市場、經(jīng)濟(jì)、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。