光伏与农业结合的相关概念辨析

陈 健，王玲俊

（1.南京林业大学 经济管理学院，南京 210037；2.南京林业大学 中国特色生态文明建设与林业发展研究院，南京 210037；3.南京工程学院 经济与管理学院，南京 211167）

2018年4月，工业和信息化部联合住房和城乡建设部、交通运输部、农业农村部、国家能源局、国务院扶贫办等部门联合印发了《智能光伏产业发展行动计划（2018-2020年）》，提出开展智能光伏建筑、交通、农业、电站、扶贫应用示范，其中，智能光伏建筑、农业、电站和扶贫应用示范均涉及光伏在农业方面的融合应用。2009年，中国光伏农业电站的装机容量不到0.001GW，2014年则达到1.18GW。而据本课题组搜集的中国储能网数据资料，截至2019年，中国并网发电的农业光伏累计装机容量为14.15GW。光伏与农业结合领域出现了很多概念，比较常见的有光伏在农业中的应用、农业光伏、农光互补和光伏农业等。这些概念看似较为相似，导致了一些概念混淆和混用现象的出现。鉴于此，本文在国内外文献的基础上，对上述概念进行了阐释，厘清了各概念之间的关系，对该领域理论和实践工作的开展具有重要意义。

1 光伏在农业中的应用

①光伏灌溉。上述各项应用中，光伏灌溉的提出最早。随后，Katzman和Matlin结合燃料成本等因素对太阳能光伏灌溉系统的成本效益和商业可行性进行了分析，并指出光伏在农业灌溉中应用的最佳时机应在2000年以后[1]。由于没有任何燃料成本，且维护成本低，光伏灌溉系统具有广阔的应用前景，尤其是在一些无法可靠获得电网电力和燃料的偏远地区[2]。我国西北地区干旱少雨且太阳能资源丰富，可在西部大开发中应用光伏提水，从而在保证农业生产的同时达到节能、环保、扶贫和经济社会的可持续发展等目的[3-4]。此外，如果要使光伏灌溉系统具有较好的经济性，需结合应用地点和作物种类等进行综合考虑[5]。

②光伏作物保护。由于动物的威胁和人为干扰，每年农产品都会遭受大量损失，这会影响许多农民的收入。为了保护农场免受动物和侵入者的侵害，可使用光伏栅栏和光伏驱鸟器等设备[2]。

③光伏病虫害防治。传统农业主要用杀虫剂和农药进行农业病虫害防治，导致了农药残留、土地肥力下降甚至生态环境破坏等问题。光伏病虫害防治主要利用光伏杀虫灯等设备，有效地解决了上述问题[6]。

④光伏农产品储存。一方面，光伏农产品储存可以通过光伏制冷手段达到农产品保鲜目的[7]。另一方面，还可以使用光伏烘干技术将农产品进行干燥，从而使农产品中的水分含量降低到安全和理想的水平，延长农产品的使用寿命[2]。

⑤光伏照明。光伏照明具有无燃料消耗、运营和维护方便等特点。尤其对于边远地区，其地域广阔，输电线路架设困难，如果将光伏发电用于农业照明，可突破这一限制[8]。

⑥光伏通风。通风是室内畜牧养殖的关键问题，因为通风不畅可能会导致严重的健康问题或动物不适。被动通风是一个自然过程，通过开口和自然通风（对流）去除异味和水分。当有必要使用机械通风或强制通风时，光伏通风可以取得令人满意的效果[2]。

此外，光伏发电还能为农业机械提供动力来源，解决其油耗大、环境污染严重等问题[9]。在农业高质量发展的大背景下，光伏在农业中的应用能促进农业智慧化的实现[10-11]，并有助于推动精准农业的发展[12]。

2 农业光伏与农光互补

2.1 农业光伏

农业光伏，也被称为农光一体化，是指在同一土地上进行光伏发电和农业生产，其强调的是一地两用。因此，与光伏在农业中的应用不同，农业光伏更加注重光伏发电与农业生产的相互影响，竞合关系以及耦合共生。早在1982年，Goetzberger和Zastrow便提出了太阳能转化和作物种植可以共存（coexistence）这一想法，而在此之前，用于太阳能转化的土地被认为无法作为它用[13]。大约过了30年，这一想法才被Dupraz等表述为“agrivoltaic”[14]，也即农业光伏，并在世界范围开始了大规模的项目实践[15]。如今，农业光伏已不仅仅表现为光伏与农业的“共存”，还体现出了两者的“共生”[16]，以及在此过程中可能出现的协同效应[17]。鉴于此，Schindele等提出，农业光伏应能实现主要的农作物生产，同时最佳地利用两个生产系统的协同效应[18]。随着农业光伏技术（以下简称农光技术）的发展和农业光伏项目（以下简称农光项目）的推广应用，其内涵也在不断丰富，农业光伏不仅指农业种植与光伏发电的耦合，还包括了农业温室系统、渔业养殖、畜牧养殖等与光伏发电的耦合，由此形成了以下各种农业光伏模式。

①光伏农业大棚。光伏农业大棚是光伏与设施农业的结合，一般是在农业温室大棚棚顶或设施农业建筑物顶部进行光伏板的铺设。这一形式不会与农业生产发生“争地”矛盾，并且能将农业大棚棚顶和设施农业建筑物顶部的空间利用起来。

②农光互补。农光互补是最典型的农业光伏模式（以下简称农光模式），该模式是光伏发电和农业种植的耦合。具体的做法是将光伏设施提高到地面上方一定高度，并增加它们之间的间距，以避免对作物造成过度遮挡。农光互补项目一般种植喜阴经济农作物，常见的有菌菇、生菜和黄瓜等。

③林光互补。林光互补是光伏发电与林业种植的耦合，其与农光互补的区别在于所种植作物不同，林光互补项目则一般种植经济林作物，如花卉、苗木和果树等。

④牧光互补。牧光互补是光伏发电与畜牧养殖的耦合，具体可设计成与下文渔光互补一样的形式，也即在畜牧养殖场所的上方进行光伏发电。另外，也可将光伏设施设计为畜牧养殖的围挡。

⑤渔光互补。渔光互补是指利用鱼塘或滩涂湿地，支上光伏组件进行发电，形成“上可发电、下可养鱼”的模式，既充分利用空间、节约土地资源，又能利用光伏电站调节养殖环境。

⑥光伏治沙。光伏治沙是指在沙化的土地上进行光伏发电，事实上，该模式所占用的土地并不适合农业生产，无法进行农业耕种。但光伏板的架设减少了阳光对土地的直接照射，减少了土地中的水分蒸发，使得光伏板下方的土地变得适合植物生长。由于这一模式“创造”了农业，所以也是农光模式的一种。并且，该模式还能防止水土流失，起到治理土地沙化的作用。

2.2 农光互补

相对于国外所提的农业光伏，国内一般将其称之为农光互补。魏来指出，农光互补系统是指在光伏电站建设过程中，利用所架设光伏板下方的空间进行农作物种植所形成的一种复合系统[19]。与农业光伏类似，农光互补也有广义和狭义之分。狭义的农光互补仅指农业种植与光伏发电的耦合，广义的农光互补还包括2.1中列出的各种农光模式。高智丹和任超认为，我国农光互补应用技术的发展经历了三个阶段，目前的主要应用形式有光伏农业大棚、光伏种植和光伏养殖等，未来农光互补项目会将观光旅游纳入进来[20]。何旨羿认为，农光互补可以提高土地利用率，降低光伏发电成本，并能提高经济效益和环境效益[21]。

3 光伏农业

相较于光伏在农业中的应用和农业光伏，光伏农业是我国特有的提法。彭梅牙最早提出了这一概念，认为光伏农业是集光伏产品和现代种养技术于一体，并利用现代管理方法来进行太阳能转化的现代设施农业，是一个能实现经济社会发展、生态环境保护和光能高效利用的综合农业生产体系。同时，他指出光伏农业本质上是一种创新的能量转换方式，也是观光休闲农业、都市生态农业的一部分，生态社会效益高，可持续发展能力强[22]。

随后，简火仔将光伏农业定义为：将光伏发电应用至农业种养、灌溉、病虫害防治和农机动力提供等领域的一种新型农业，其有利于环境保护、农业增效、农产品质量提升和农民增收，同时也能促进光伏产业的发展[23]。这一概念得到了更广的传播，后续很多研究都采用了该定义[24-25]。

随着项目实践的开展，学者对光伏农业提出了新的定义。阮晓东认为光伏农业是一种重要的农业工程形式[26]，刘文科提出光伏农业是将光伏发电和农业光电子工程应用至现代农业种养和农产品加工综合利用的高技术农业产业[27]。

随着项目实践的深入，出现了一些借光伏农业产业发展前景东风“圈地、骗钱”谋取暴利的企业。有关专家呼吁需要建立统一的标准，用以规范行业发展，防止上述现象的出现。而标准建立首先要考虑的便是光伏农业的概念界定，在此基础上才能进行行业的规范管理以及实施相应的激励措施。之后，中国光伏产业技术创新联盟对光伏农业进行了初步定义，将其称为一种在农业之上服务于农业、有利于农业发展和效益提高的光电与农业复合系统[28]。

4 结论

由上可知，光伏在农业中的应用是光伏在其他部门应用中的一种，出现于光伏技术成熟之后，主要用以解决农业生产中的能源短缺以及绿色生产等问题[29-30]，而随着光伏技术的发展，其应用成本得以下降，最终会促进光伏在农业中应用的进一步发展。农业光伏或农光互补则是农业各部门与光伏发电的耦合，它体现了光伏发电对土地资源的需求，使得一部分光伏电站不可避免地建设在了农地上。但农地的性质不能因此而改变，相应的农业生产要继续进行，此时就会出现光伏发电与农业生产“争地”和“争光”的矛盾[31]。为了解决这一矛盾，农业光伏要处理好光伏发电与农业生产的竞争合作关系，充分发挥两者的协同效应，提升农业光伏效益和土地利用效率。而从光伏农业的定义来看，其有两个特点：①侧重点在农业。不论是最早提出的综合农业生产体系，还是后续提出的新型农业和高技术农业产业，都将其看作是农业体系的一部分。②重视光伏发电与农业生产的耦合。除了农产品，光伏电力也是这一耦合系统的重要产出，在不影响农业生产并提供农业生产所需电力的同时，应尽可能地生产更多的光伏电力，创造更高的经济效益。从上述两个特点不难看出，我国所提的光伏农业既包括了光伏在农业中的应用，同时也包括农业光伏，三者之间的关系如图1所示。光伏在农业中的应用是光伏与农业具体生产环节的结合，农业光伏则是光伏发电与农业各子部门的耦合，两者同属于光伏农业。这一结论厘清了三者之间的关系，有助于该领域理论和实际工作的开展。

图1 光伏在农业中的应用、农业光伏与光伏农业的关系图