迅速发展的光伏农业

文|刘文科 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所

迅速发展的光伏农业

文|刘文科 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所

光伏农业作为光伏产业和农业有机结合的高新技术产业，推广应用价值较高，符合节能减排国家政策和发展现代农业的客观要求。

“光伏农业大棚”、“农业光伏产业园”、“光伏农业基地”等等一系列字眼屡见报端，民众几乎耳熟能详。近几年，我国光伏农业发展如火如荼，据报道，山东的济宁、邹城、青岛、寿光，湖北的郧县和山西长治等地相继建成了大型光伏农业项目。光伏农业作为光伏产业和农业有机结合的高新技术产业，具有其快速发展的内在合理性、优越性和可行性，推广应用价值较高，也符合节能减排国家政策和发展现代农业的客观要求。发展光伏农业不仅可充分利用太阳能资源产生数量可观的绿色电力，节约煤炭、土地和空间资源，减排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和烟尘等污染物，而且可就地解决设施农业电力需求问题。光伏农业是一种新兴的农业形式，是新的产业增长点。

光伏农业的概念

光伏和农业都是阳光需求的产业，能够相互兼容合理利用土地。广义上讲，光伏农业就是将太阳能发电广泛应用到现代农业种植、养殖、灌溉、病虫害防治以及农业机械动力提供等领域的一种新型农业。它以薄膜太阳能设施农业一体化并网发电站为核心，集薄膜太阳能发电，农业光电子工程应用推广，现代农业种植和养殖、加工和综合利用，农业种植和养殖技术交流推广，人才培训、观光农业、农产品物流等功能为一体的高新技术农业产业基地。光伏农业将太阳能发电、现代农业种植和养殖、高效设施农业相结合，一方面太阳能光伏系统可运用农地直接低成本发电；另一方面由于薄膜太阳电池一大特点是可做成透光的，动植物生长所需要的主要光源可以穿透。并且，红外光也能穿透，可储存热能，提高大棚温度，在冬季有利于动植物生长，节约能源。可以说，光伏农业是一场实现农场变工厂、田间变车间的生产方式变革。

光伏农业的意义

光伏农业在现代农业中有着广泛的运用前景和重大的现实意义。首先，有利于种植、养殖环节的环境综合保护。如太阳能杀虫灯等设备的应用可有效解决传统农业中因大量使用化肥和农药而带来的土壤肥力下降、果蔬农药兽药残留严重的问题。其次，可为种植、养殖基地提供能源供给。比如，建立光伏温室大棚能给蔬菜、花卉、苗木、牲畜等种植养殖场所提供热量和电力，以确保其顺利过冬。第三，可改善农民生活。现在国家正在大力推进文明村镇建设，其中一个重要内容便是加快农村基础设施建设，如能将太阳能照明、太阳能取暖等在农村逐步推广，这无疑将为农民提供生活便利。第四，光伏农业也可运用在林业生产或水利建设上。比如太阳能水情监测报告系统、林业监测报告系统、水利灌溉系统等都需要利用光伏科技和太阳能。光伏农业将是解决我国现代农业发展长期困境的发动机，是进一步发展农村经济、改善农民生活的必然选择，也是农业生产方式变革时势所趋。第五，从长远来看，发展光伏农业对于我国的农业转型具有重要意义。发展光伏农业是推进设施农业转型，提高环境控制及装备水平的重要途径。我国设施农业工厂化水平与现代化装备水平仍十分落后，环境因子按需调控远未实现，在极端天气，如低温、雪灾、连阴天及雾霾等频发条件下，因设施农业环境逆境抵御能力弱造成的生产危害常常是致命的，损失难以估算。过去30年，我国设施农业的快速发展是依靠盲目扩大规模，单纯提高设施栽培面积实现的，虽能在一定程度上增加农产品供给数量，增加农民就业，但耕地等农业资源占用量大，生产及产业效益低等问题十分突出。现今，我国的设施农业仍处于“低投入-低产出-低效益”的恶性循环发展模式，其核心缺陷是耕地资源利用效率低、环境控制水平低、生态环境影响突出。依据荷兰等发达国家经验，我国的设施农业已经到了必须向“适投入-高产出-高效益”的良性循环之路转变，其核心优势是提高单位土地资源利用效率，节省土地资源，强化生态环境保护作用。因此，在我国耕地资源紧缺的国情下，通过光伏农业提高设施农业装备水平是设施农业可持续发展的优选之路。

光伏农业的发展模式

光伏农业不仅是一个诱人的概念，它还具有广阔的产业化前景，现在，很多产品已在农业生产中发挥作用。主要有以下几类：第一，太阳能杀虫灯。相比于传统农药，太阳能杀虫灯最大的好处是取代农药或少用农药，可保证食品安全。同时，市场上的此类产品已经具有时控、雨控、光控、全天候智能化管理等功能。第二，光伏农业大棚。将太阳能光伏发电系统、光热系统及新型纳米仿生态转光膜技术综合嫁接到传统温室大棚。比如，采用转光膜技术，可根据不同植物生长对不同波长光吸收的需求，对透过转光膜的太阳光进行波长转换，以便农作物更容易吸收，提高了光合作用的效率。第三，太阳能光伏养殖场。将现代清洁能源工程与传统养殖事业相结合，在养殖场屋顶建设光伏电站，用以改造和提升传统畜牧养殖业并提供绿色能源的一种全新尝试，同时其推广和普及也能在提升新能源利用水平方面起到积极作用。第四，新型农村太阳能发电站。以村为单位分享光伏发电系统的创新型商业尝试，在每一个村庄建设一个光伏电站，服务三农。第五，太阳能污水净化系统。农村的环境污染日益严峻，污水是其中一大问题。太阳能污水净水系统在将太阳能转化成热能、电能后再有效地运用于污水处理工艺中，在这个过程中，基本没有二次污染和能耗转移。第六，农用太阳能小产品，如太阳能手电筒、太阳能马灯、太阳能充电器、太阳能照明灭蚊灯等。综上可知，现代农业需要光伏技术支撑，而光伏产品在农业上的应用价值也不可估量，推动光伏农业发展，是发展现代农业和解决光伏产业困境的双赢之道。

光伏农业的发展机遇

随着我国经济发展和工农业水平的提高，为光伏农业的快速发展提供了诸多契机。首先，设施农业的规模化发展为光伏农业发展奠定了基础。以设施园艺为例，至2013年底我国设施园艺栽培面积已达400万公顷，为光伏农业发展提供了最为重要的设施基础。光伏农业大棚是分布式光伏应用的一种新的模式，具有众多优点，提供了发展的动力。光伏农业大棚利用的是农业大棚的棚顶，并不占用地面，也不会改变土地使用性质，因此能够节约土地资源；通过在农业大棚上架设不同透光率的太阳能电池板，能满足不同作物的采光需求，可种植有机农产品、名贵苗木等各类高附加值作物，还能实现反季种植、精品种植；利用棚顶发电不仅可以满足农业大棚的电力需求，还可以将剩余的电并网出售，增加收益。

其次，LED产业的发展助力光伏农业的发展。LED作为半导体固态光源具有节能、光环境智能可调、长寿命、冷光源等优点，被喻为设施园艺光环境调控的理想光源。LED与光伏的结合为设施园艺高效照明提供了技术支撑。因此，LED光伏照明已成为设施农业应对雾霾及连阴天等恶劣天气，解决智能温室光环境控制和植物工厂等人工光生产系统动植物照明的优选途径。

再次，植物工厂等人工光培养模式的蓬勃发展撬动了光伏农业发展。植物工厂、组培工厂和食用菌工厂的发展势头强劲，电能需求和空间优势呼唤光伏农业的介入。

最后，光伏农业潜在的经济效益也是为光伏农业发展提供了强劲动力。光伏农业实现了农业经济效益和发电能源效益的“双赢”，并可将观光旅游和生态农业融为一体，与旅游相结合构建观光农业，与社区农产品需求相结合，构建社区农场，与市民体验相结合构建开心农场等集高效种植、农业科普、休闲观光于一体的新型农业。我们深信，随着国家鼓励和管理等相关政策的出台，光伏农业将会得以更快更好地健康发展。

注：本文为新疆维吾尔自治区科技计划项目（201332103）资助