宁夏地区光伏枸杞产业模式的研究

马俊鹏，杨静玲，刘菲燕

（1.宁夏回族自治区电力设计院有限公司，宁夏 银川 750016；2.北方民族大学，宁夏 银川 750030）

0 引言

宁夏太阳能资源丰富,建设条件较好，截至2021年底光伏累计装机13 840 MW，占宁夏电力装机的22%，逐渐成为推动宁夏经济社会发展的重要动力。在光伏建设高速发展的同时，宁夏适宜光伏发展的土地资源日趋紧张，用地空间不断萎缩导致其持续高效发展受到严重制约。通过“光伏+”理论研究和工程应用的不断探索，光伏农业可在不改变土地性质的前提下将光伏组件与农作物种植空间及设施进行有效结合，不仅能高效利用太阳能资源、土地资源，产出清洁绿色能源，而且能实现农业的现代化发展，为绿色农业生产提供一种新的路径。宁夏枸杞种植面积已达到6.7万hm2，成为宁夏九大重点发展产业之一，种植面积将会进一步扩大。本文着重结合宁夏实际区情探索光伏枸杞产业链的创新发展模式及其产生的社会经济价值，并以已投运光伏枸杞示范项目为典型案例，对其空间利用的技术方案进行研究分析，以实际产出物生理指标数据评估“光伏+”对枸杞品质的影响程度，并通过调研的实际数据量化其可直接带动的经济效益和生态效益，为光伏产业的高质量发展和枸杞产业的现代化推进提供理论依据和实践参考。

1 国内外研究情况的简介

中国光伏产业技术创新战略联盟将光伏农业初步定义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。光伏农业模式的开发与推广不仅可以充分利用丰富的太阳能资源产生的绿色电力能源，节约煤炭、土地和资源能耗，减排CO2、SO2和烟尘等污染物，还可就地解决农业生产的电力需求，增加农村缺能地区的能源供应量，减少资源浪费，实现综合利用，降低农村生产、生活用能造成的环境污染，在提高农业生产力、促进农民增收、增加就业机会等方面将会发挥更大的作用［1-6］。

目前对太阳能发电方面研究较多的为地面光伏发电项目。光伏农业大棚发电项目起步较地面光伏发电项目晚，对其研究相对较少，欧洲和日本［7-9］的研究内容多趋向于对光伏组件与大棚的结合方式、光伏组件类型及发电效率等方面，但是针对发电项目对生态农业影响的研究很少。近年来，光伏农业的快速发展也促进了国内研究，文献[10-11]对大型渔光互补进行了定量分析，可以提高资源利用率和单位面积土地的经济价值，对光伏电站的大范围应用具有重要的推动作用。文献［12］中四川省喜德县两河口镇瓦尔西总村农光牧光一体光伏扶贫电站对光伏牧业进行了探索，但到目前为止还没有学者详细分析光伏电站的建设对枸杞生理特征的影响，以及智能技术的融合对枸杞产业发展的综合影响，本文将对此展开研究。

2 宁夏光伏枸杞产业模式研究

在农业大棚种植中应用光伏发电，优化传统农业大棚塑料顶棚单一功能，充分利用“农业生产+生态环境”特色资源，依托观赏、采摘苗等生态农村旅游资源，配合有机、健康蔬菜等农产品生产采摘,逐步发展多模式的集“观光+休闲+体验”一体化旅游项目，对发展规模化、特色化观光农业有积极促进作用［13］。宁夏枸杞已成为我区最具地方特色和品牌优势的战略性主导产业，枸杞在全区种植面积约6.7万hm2，占全国45%；同时，太阳能资源丰富，辐射总量等级属于全国丰富带。依托宁夏自然禀赋资源，以特色优势有机枸杞种植农业经济为主线，建设以有机农业为基础，以市场为导向，科学合理融合光伏发电提高土地产出率、提升农业现代化，引进高新农业科学技术及设施，改善生产条件、保护农业生态环境，以高标准、高科技含量、高效益培育现代农业、观光旅游一体化的有机枸杞标准化种植产业：

1）依托光伏绿电丰富种植精细化管理手段。枸杞是喜光植物，种植可选择相对耐凉性、不耐高温的宁杞5号、7号品种，一定程度规避较弱光照对枸杞不利影响；在栽培株行距不变情况下，通过模拟研究光伏板下透光率，确定最佳株间位置，规避光照对枸杞生长影响。通过“光伏+”输出的现代化技术潜力优化田间种植管理模式、科学推动有机种植标准化，推广高品质枸杞品种，建成有机枸杞规范化生产配套技术体系，对有机种植基地实行统一标准、统一供种、统一指导的经营管理模式，配套开展科研、生产实验、科普示范、成果展示、技能培训等活动，提升枸杞综合品质。

2）融合多元技术拓宽枸杞产业发展模式。光伏枸杞可通过结合智能化、数字化的光伏发电产业创新农业生产模式，致力于现代有机农业生产开发。以“光伏+储能”模式为代表的智能微电网建设，将改善传统新能源电源波动性和间歇性特征，增强源网荷储的融合与灵活性。以能源管理系统、物联网技术融合为切入点，集成无土栽培技术与自动化装备，通过可视化管理和智能化决策，实现作物精准化高效生产，最终通过开展用能信息广泛采集、能效在线分析，实现源网荷储互动、多能协同互补、用能需求智能控制。依托光伏输出的绿色电力和智能系统规划投资建设枸杞产品精深加工厂及仓储物流配送中心，探索开展枸杞精深加工、保健产品研究开发与生产、农产品物流等经营活动，促进农产品生产现代化、土地利用高效化的同时完善上下游产业链条，创新农业发展方式，形成生产、加工、运送一体化发展，多维手段持续提高产品附加值，把宁夏特色资源优势融合孵化为更具经济性的地方产业，提高农民生产积极性，带动农户增产增收，以绿色低碳助力乡村振兴的高质量实施。

宁夏适宜种植枸杞的土地资源丰富,且分布广泛，随着农网改造计划的推进，国家电网有限公司对乡村“沐光”的支持力度逐步加强，开发建设分布式光伏枸杞潜力巨大。在国家乡村振兴实施、整县光伏推进的相关政策加持下，依托宁夏银川滨河新区光伏枸杞示范项目规模化试点的基础，在宁夏条件成熟的地方因地制宜、灵活多元地开展分布式光伏枸杞的试点研究，大力推进枸杞区域化发展、良种化栽培，规范病虫害防治、标准化生产和机械化装备。同时，为整个乡村的能源平衡提供解决方案，助推乡村用户成为绿色电力生产型消费者，全力提升乡村用能电气化水平，大力推广电能替代，以基本单元为对象探索宁夏“双碳”目标实施路径。在这种模式下，枸杞种植、光伏建设、电站运维为促进本地就业及为乡村经济注入活力。加快现代化农村基础设施以及设备的建设，让人民群众的生活更有保障。企业也可以通过产业投资得到更多收益，还能增加当地的绿电产出，助力美丽新农村建设，助推宁夏乡村振兴战略的高质量实施。

3 宁夏光伏枸杞示范项目运行实效

3.1 项目技术方案

2016年，位于宁夏银川市的光伏枸杞示范项目启动规划和建设，构建了“一地多用、农光互补”的新型特色产业发展模式，在枸杞种植上方规划建设了3 GWp的光伏发电，一期已建成投运1 GWp的光伏发电，积极推进建立农光游一体化有机枸杞标准化种植示范基地，推动特色枸杞产业大发展。光伏电站主要由光伏方阵、组串式逆变器、箱变、交流集电线路、升压变压器、并网点配电柜等组成，每1 MW光伏子阵最大功率点跟踪（maximum power point tracking，MPPT）路数高达88路，太阳能经直流转换、逆变汇集高效升压成符合电网频率和电压要求的电源。同时，利用高支架、带倾角（20°）的平单轴充分保证地面空间和光伏板下农作物的日照时间，通过调整光伏基座东西、南北间距，控制亩定植株数等措施，项目区将光伏板高度增加到了2.2 m；光伏基座东西间距6.7 m、南北7.8 m，亩定植株数为196株，达到了既不影响光伏项目，也不影响种植项目实施的目的。

项目全部采用光电转化率高效的单晶硅组件，如图1所示，配备先进的某智能组串式逆变器和带倾角的平单轴自动跟踪技术，光伏子阵的转换效率为98.3%～99%。配合带倾角（20°）的平单轴自动跟踪专利技术，较传统集中式光伏电站，发电量提高18.7%。配备的某智能光伏云系统可远程诊断，精确快速定位故障，并优化巡检消缺路线，实现各类故障提前排查处理，提高运维效率。

图1 宁夏光伏枸杞示范项目竣工实景图（2017年）

3.2 实际运行效果

2013年，宁夏银川市启动黄河东岸荒漠化治理。这片位于黄河东岸的荒漠化土地曾经满目焦黄、寸草不生，植被覆盖率仅有30%。2016年示范项目建成投运后，通过植树造林、种植苜蓿等举措逐步改良土壤、修复生态，2018年植被覆盖率已提升到了85%，如图2所示。截至2020年12月底，较传统火电，该电站累计减少CO2排放204.7万吨，相当于新种植约8 900万棵树。同时，依托光伏电站先进智能的信息与通信技术（information and communications technology，ICT）以及无线宽带系统、无人机巡检、智能光伏云等运维手段，对枸杞种植推行现代化、标准化管理，采用国际领先的水肥一体化滴灌技术，使用自加工无公害有机肥料，最大程度节约水资源，保证土壤活性，保留枸杞营养价值。

图2 宁夏光伏枸杞示范项目全场运行后鸟瞰图（2018年）

3.3 枸杞种植效果

示范项目建设6 667 hm2有机枸杞标准化种植示范基地及沿示范基地周边配套建设防风固沙生态林2 667 hm2。投入运行后，已完成区域内土壤经有机质提升及生态修复，如图3所示。采用枸杞有机标准化种植技术种植2 306万株高产枸杞（按照成活率85%计算），形成年产有机枸杞鲜果7.5万吨枸杞产业示范带。在农光一体化特殊环境下，枸杞的内含物含量与国内其他枸杞产区也有明显差异。其中枸杞多糖含量为4.3 g/100 g，β-胡萝卜素为8.3 mg/100 g，远高于其他产区，产品先后取得欧盟、日本、美国有机认证，连续3年取得GAP认证。

图3 宁夏光伏枸杞示范项目枸杞种植实景图（2018年）

3.4 社会经济效益

示范项目把发展特色产业和精准扶贫有机结合起来，利用枸杞产业劳动密集性特点，积极探索“企业+贫困农户及下岗职工”合作经营的精准扶贫模式，带动贫困家庭脱贫致富奔小康。项目建成后，季节性带动农户2 000户以上，户均年增收达6 000元以上，并提供1 800个就业岗位。对电站光伏板的清洗和枸杞地除草、抹芽、修剪、施肥、采摘，基地每年用工约8万人次，农民可增收约4万元［14］。此外，年接待农业观光客10万人次。光伏枸杞的双就业可以帮助当地农民脱贫致富。

4 结论

光伏枸杞是构建“一地多用、农光互补”的新型绿色产业发展模式，可较大限度、较高效率利用宁夏特色自然资源。已投运的光伏枸杞示范项目占地6 667 hm2，应用带倾角的平单轴高效发电技术方案，在不影响枸杞正常生长的前提下，可规划建设光伏发电规模3 GWp，年均发电量54亿kW·h；年产枸杞7.5万吨，枸杞多糖含量为4.3 g/100 g、β-胡萝卜素为8.3 mg/100 g；基地每年用工约8万人次，每个农户可增加年收入约4万元，实现了良好的经济、社会双收益。同时，通过“光伏+”输出的绿色电力和多元智能技术优化田间种植管理模式、纵向规划枸杞产品精深加工厂及仓储物流配送中心，完善上下游产业链条，创新农业生产方式。光伏枸杞以绿色、低碳、科技、创收为出发点，探索光伏建设新模式，满足光伏产业可持续发展需要；实现枸杞种植现代化，形成产业一体化发展。