光伏与农业结合的相关研究综述

2021-11-27王嘉鹏

魅力中国 2021年49期

王嘉鹏

（龙源西藏新能源有限公司，西藏自治区拉萨 850000）

引言

光伏农业是近年来发展的一种新的产业模式。它在农业设施中安装光伏太阳设备，采用农业方式，将光伏产业与农业相结合。通过光伏技术与农业技术相结合，改变传统的农业发展模式，促进农业附加值的提高，全面降低了能源消耗，提高了经济效益。由此可见光伏农业的前景非常广阔，提高单位农业耕地的总体产值，实现了农业资源利用的最大化。利用光伏发电模式，促进了现代化农业的发展。

一、关于现代光伏农业的简述

光伏农业是将光伏产品与农业种植技术相结合的新型生产方式，利用现代方法将太阳能转化为电能，并利用于农业生产系统。其目标是提升生态农业环境，生产环保无污染的农产品。整个生产过程使用现代技术，符合绿色生态农业的发展规律。光伏农业有较高的生态效益和可持续发展能力，同时它也是休闲农业和有机农业的重要组成。将光伏发电应用于农业种植以及水利灌溉过程中，同时也促进光伏产业的健康发展。2000 以后光伏农业开始发展，以光伏大棚光伏电站为主的农业项目陆续建成，出现了施工光伏农业产业园。随着光伏技术的应用，技术人员对光伏农业提出了新定义。称它为是一种“半工业”的绿色发展形态；因为它解决了农业生产中的能源问题，同时还将产生过剩的能源进行组合。以农业光伏网为核心，应用光伏发电加工农业产品。

二、关于光伏农业产业特点及优势分析

利用光伏农业产业技术，可有效提高土地利用效率。由于光伏设备不会占用耕地和改变土壤环境。实现了光伏技术与农业的有效组合，提高了耕地利用率，增加了农业经济效益。另外，通常光伏农业产业初期投资较大，并对后续管理要求较高。与传统农业相比，其初期要投入大量资金。同时只配备足够的专业管理人员才能实现光伏农业生产的价值。最后，该产业模式适合现代化的管理和运营，由于前期投资增加了农业生产的经营压力，并且农业生产也向机械化、规模化方向、集约化模式转型，以发挥现代农业技术的优势。并且光伏农业基础设施的使用寿命比较长，通常达25 年以上。从长远来看，降低农业生产成本，提高了效益经济。因此，应用光伏农业的优势非常明显。如棚内发电、棚下种植的生产模式，推进了农业现代化发展。实现了工农业以及各种先进技术的有机融合，提高了农业发展水平和生产价值。

三、光伏技术在农业上的应用

（一）光伏技术在农业灌溉中的应用

光伏技术与农业的结合，首先出现在灌溉领域。我国光伏技术在农业灌溉的应用还是比较早的。由于西北地区干旱少雨，而太阳能资源比较丰富。符合光伏取水需求，因此提出了利用光伏取水的技术应用可行性。并很快实现了节能、环保以及促进地区经济发展的目，同时也保障农业生产的需要。许多专家对光伏灌溉进行了技术经济分析，明确要结合应用领域和产品，考查其实施的经济性。此外，光伏灌溉不仅满足了农业用水需求，还能对灌溉系统进行智能化管理。虽然对光伏灌溉的实施还存在争论，但在干旱、能源匮乏以及其发展依赖农业的地区，利用光伏灌溉技术，还是有效地减少了能源短缺的现状，促进了农业生产。

（二）光伏技术在温室系统中的具体应用

人口增长和城市化进程的推进，对食物的需求量不断增加，而粮食产量依赖于先进农业技术的应用，比如农业生产中温室系统。农业温室生产成本主要自于控制温度所消耗的能源。而利用光伏技术，可为温室生产提供可持续的能源。技术专家对不同类的光伏技术，在温室系统中的应用进行了相关的经济分析，其中以CIGS 光伏技术的回收期短，碳排放量最少，对环境的影响较小。光伏板可增加进入温室的光量。半透明光伏板在温室中的使用，在阳光充足时对光伏组件遮阳，温室温度从3℃降低到1℃，对湿度无明显影响。

（三）光伏技术在农业大棚的应用

“光伏农业大棚”是利用以光伏板，为农业大棚进行涂装作业。由于光伏板是光伏效应的基本元件。在使用时结合植物光谱和吸收率，将太阳能光谱吸收扩展到植物，减少光能地反射。再通过能量转化装置将其转化为直流电，再利用集电极转化为交流电，并传输它给输出系统，将电能储存在电池备用。基于光伏农业大棚结构体系现状，目前主要有3 种光伏发电应用。首先是“薄膜”光伏温室。它采用钢结构为支撑形势，形成隐蔽框架单坡屋顶采光。该方法利用钢筋混凝土形成大棚的“四边”，周边采用织带网格设计。应用薄膜光伏组件，主要适用于大棚屋顶。通过收集太阳光谱，用作物生长供需能量以及设施的发电。该技术的总造价适中，是比较实用、经济的光伏设计模式。其次是“房”式光伏温室。在农业温室南屋顶连接光伏组件、钢架和附架。在原设计温室内嵌入夹层玻璃。在北屋顶，采用钢化玻璃，以形成“房”式光伏温室。这种温室有“薄膜”光伏温室的功能，同时能够应用现代控制技术，打造智慧温室，提高了农业温室智能化水平。实现了有机农业的一体化，但该技术唯一的缺点是成本过高，投资回收期比较长。最后是“重叠式”光伏农业温室。该形式的温室具有容量小的特点。在农用大棚屋顶采用薄膜材料，由铝合金支架进行支撑，再安装光伏组件。在棚顶产生发电效应。此农业温室结构简单成本低。但由于其装机容量小，无法配备先进的控制设备。因此，温室的光照、湿度等不能进行有效的调节，只能成为发电装备使用。

四、提升光伏农业应用的发展战略

（一）全面加强农业企业的组织管理，增强农业生产综合实力

国家要积极引导新型农工企业，不断完善其工作管理机制，加强光伏农业技术专业人员的培训和服务导向，提高新型农业生产管理水平。建立健全相关技术服务管理制度，充分发挥农业技术服务、光伏售后等作用，引导和促进新型农业生产模式的发展和推广。鼓励广大农民开展多种合作模式和机构，发展专业生产协会，积极推进农社、社联生产合作模式改革，使个体向家庭农场形式转变、家庭农场进入合作社。并对光伏农业生产进行统一的管理，逐步向规模化、标准化方向推进。合作社协会要积极引导和发展新型农合组织，全面开展地域合作、资金合作。推进光伏发电与农业生产应用的有效结合。为农业产业发展创造良好局面[1]。

（二）搭建农业综合企业服务平台

建议各地落实现代农业激励措施，加大对新型光伏农业产业的支持力度，完善农业保险和灾害分级保障机制。全面促进光伏农业生产模式的推广和应用。降低蔬菜农副产品生产的风险。要依托各区域的资源优势，制定科学的政策措施，整合周边传统农业生产范围，积极打造国家地理标志光伏生态有机农场及相关品牌，鼓励农民组织协会注册商标，将有光伏机产品实行统一标识和包装进行销售，合力打造绿色品牌。通过光伏技术的应用，有效降低农业生产及运营成本，提高产品竞争力和市场知名度。要鼓励地方建立科学的综合服务平台，围绕光伏农企生产的需求，提供从生产到锁住的完整服务。还要以光伏农业生态园为基础，建立优良有机农品种繁育基地，确保作物育种与育苗有效结合。要积极发展农民专业合作社，提供设备、农资集采、收购、技术咨询为一体的综合服务。成立农产品销售中心，不断拓宽销售渠道。形成高效、现代化的农产品生产规模。全面发挥光伏农业技术的优势[2]。

（三）多管齐下促进新型农业模式的发展

各地区要根据情况，坚持规划和解决农业土地利用的问题。以光伏发电与农业生产相结合为契机，做好现代化农业发展规划、土地规划以及农业用地规划。建立规范的农业用地管理及生产机制，有效缓解新型农业发展的矛盾。全面降低农业生产成本，最大限度地提高土地使用效率。要更新光伏农业政策支持，解决技术应用等相关问题。建议出台规模化应用政府补贴政策，继续完善光伏技术扶持措施，转变传统的扶持模式，优化策略管理环节，提高相关扶持资金使用，促进现代化农业生产模式的发展。另外要加大力度培养本土技术人才，解决光伏技术的合理应用问题。各区地要深入开展农业光伏技术专业技能培训，建立先进的轮岗培训和相关进修制度，以全面提高当代农民的综合素质，全面发展现代化农业的水平。从农业发展的角度评价，建议各地政府要加大资金投入，启动专业定点农业学校的培训，自主培养现代化农业种植专业人才。同时还要建立科学的激励机制，注重对人才持续关注和培养，对从学校毕业而想发展新型农业的人才提供专项资多，并制定相关的奖励政策[3]。

五、对光伏农业生产及应用的展望

光伏技术在农业上的应用，解决农业生产中能源需求问题。农业生产与光伏技术的互补，促进了光伏发电技术与农业生产的“共生”，优化了传统的产业结构，提高土地资源的利用率。从目前的技术应用内容来看，光伏技术在农业生产的应用，包涵了农业生产的各个环节。而光伏技术农业的应用更着眼于其广阔前景。因此光伏技术在农业生产模式中的应用，必须要立足于未来农业生产发展趋势，如光伏在智慧农业的应用。同时农业与光伏的互补性，以前产生的协同效应，要选择不同地区及作物进行研究，以推动光伏技术与农业生产的更好的共生融合。因此，产业共生将是光伏农业发展的必须方向[4]。

六、对目前光伏农业产业发展的相关建议

光伏农业产业模式的形成，是未来农业发展的方向，其能有效促进和提高农业经济效益，加快现代化农业产业的发展。但目前的光伏农业生产模式受到诸多因素制约，需要用科学标准加以纠正。同时还要在国家层面，能源部门以及相关科研机构给予足够支持。政府应设立光伏农业发展专项资金，积极引入制度化、规范化管理制度。以制度约束光伏农业产业的发展。通过政府的引导，在光伏农业产业建立中发挥作用。在光伏技术农业应用方面，要加强光伏技术与农业产业应用的研究，结合区域产业特点，深入了解当地农业优势，组建研究团队。创新光伏农业产业应用的方法，有效推动光伏农业的发展，奠定光伏农业行业和未来市场化需求的发展[5]。