“双碳”目标背景下光伏与农业结合发展的现状与建议

朱 莹，谭利伟，张春英，宋 玮

（农业农村部规划设计研究院，北京 100125）

2020 年9 月习近平总书记在第七十五届联合国大会上的讲话中宣告，中国“二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”[1]。随后，习近平总书记在当年气候雄心峰会上的重要讲话以及当年的中央经济工作会议上，多次提及碳达峰、碳中和目标，这标志着“双碳”目标已成为长期国家战略。

在“双碳”目标背景下，可再生能源的开发利用成为重要“风口”。在风能、太阳能、核能等各种可再生能源中，太阳能因其清洁易得、安全可靠、适用广泛的特点，以及取之不尽、用之不竭的充足来源优势，已成为发展最为迅速的可再生能源。当前太阳能利用的最佳方式是利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能，即光伏[2]。而光伏与农业结合发展、优势互补，又成为了推进实现“双碳”目标的重要路径。

光伏与农业结合通常是指将光伏发电系统应用或结合于农作物种植、畜禽水产养殖等现代农业生产活动中，实现一地多用、提高单位土地产出率的创新模式。中国是农业大国，有着广阔的农业生产和生活空间，能够为光伏提供相当大的应用空间；光伏发电系统产生的电能能为现代农业生产活动提供清洁充足的电力保障，也可并网发电，供应绿色清洁能源，促进农民增收。因此，光伏与农业的结合无论对光伏产业还是农业发展都有巨大的促进与协同效应，值得推动与完善。

本文对光伏与农业结合发展的重要意义、现状基础、发展模式进行梳理，提出展望建议，以期更好地推动光伏与农业结合发展，助力“双碳”目标实现。

一、光伏与农业结合发展的重要意义

1、提高土地利用效率、促进农业绿色数字化发展

光伏与农业结合，可实现土地上方光伏组件发电，下方种植养殖，实现土地的多层次利用，同时还可以融合观光旅游和科技展示等功能，大幅提高土地的使用率和单位经济效益。

农业绿色化发展离不开清洁能源的适用，农业数字化发展需要充足的电力保障，光伏发电产生的电能直接供给农业生产使用，既能避免传输中的能源消耗，又能提供满足农业低碳化数字化发展所需的清洁电力。

2、巩固拓展脱贫攻坚成果与乡村振兴有效衔接

光伏与农业结合在广大乡村地区有着巨大的应用空间，同一块地除农业生产收入外，还可通过光伏发电解决农业生产的用电需求，降低生产成本；额外的电能还能并网，也有一定的经济收益。对地方发展来说，光伏带来了新的产业，意味着基础设施建设的提升和新的就业需求，可以拉动经济增长。“十三五”期间，光伏扶贫在脱贫攻坚中取得了巨大成效，未来在乡村振兴中将继续发挥作用，通过光伏与农业复合发展等方式，为农民持续有效增收提供动能，实现多重效益的提升。

3、促进农业低碳发展、助力实现“双碳”目标

农业低碳发展除了在化肥施用、畜禽粪污处理及固碳技术改进和提升外，推进可再生能源替代也是非常重要的途径。现代农业在机械化、智慧化发展中若能实现清洁能源充足供给，对农业减碳将起到极大的推动作用。

以装机容量1000 kW 的光伏与农业复合发电项目为例，占地20～25 亩，在不影响下方农业生产的前提下，平均发电量可达到150 万kWh/年。参照火电平均煤耗360 g 标煤/kWh 计算，相当于节约标准煤540 吨/年，减排二氧化碳1600 吨/年。因此，光伏与农业的结合发展能有效促进节能减排，助力实现“双碳”目标。

三、发展基础

1、光伏产业取得跨越式发展

经过多年的不懈努力和发展壮大，光伏产业已成为推动新能源产业变革和发展的重要引擎，在技术发展水平、产业规模、应用场景等方面均位居世界前列。相关数据表明，2020 年全国新增和累计光伏装机容量均已位列世界第一。其中，光伏新增装机容量48.2 GW，累计发电装机容量达2.53 亿kW[3]。

2、政策助推光伏与农业结合发展

“十三五”之初，国家能源局就积极鼓励将光伏发电系统与农业相结合，并将其纳入光伏扶贫计划。2017 年9 月，国家能源局等三部委联合发文要求加强光伏扶贫用地保障；2018 年，关于光伏扶贫电站管理和2019 年关于产地用地政策的文件中再次对复合型光伏项目用地方面做了明确要求，解决了光伏与农业复合项目的用地难题。之后，上海、北京、重庆、湖南、山东、江苏、四川、山西、河北等省市先后发布了省级乡村振兴战略规划，将光伏写入其中。2021 年10 月，国务院印发《2030 年前碳达峰行动方案的通知》，提出“大力发展绿色低碳循环农业，推进农光互补、‘光伏+设施农业’等低碳农业模式”。

3、大量开展光伏农业复合项目建设

“十三五”以来的光伏扶贫工程通过建设光伏农业大棚、地面光伏电站等项目助力脱贫攻坚，效果显著。在国家相关政策指引下，目前已有十余个省级能源、国土资源主管部门发布了关于本地区光伏复合项目认定与建设的指导性文件，为光伏农业复合项目落地明晰了界限。此外，国内主要的光伏企业已在全国各地进行了大量光伏与农业复合类项目，在光伏组件布置方式、种植养殖品种选择等方面积累了丰富经验。

四、主要发展模式

光伏和农业结合发展的主要发展模式主要有光伏技术直接应用、复合开发互补发展、光伏组件下农业开发再利用等方式。

1、光伏技术直接应用模式

该模式是在农业种养、农田灌溉、农机设施、病虫害防治等农业生产中，用光伏发电系统转化的电能替代传统化石能源，目前主要有下列应用方式。

（1）光伏水泵

利用光伏供电系统提供能源，驱动水泵从低处提水，并通过沟渠用于农田灌溉，或直接为人畜提供饮水。1990 年开展了光伏水泵的相关研究工作，并在西北地区进行了广泛推广和应用[5]。

（2）光伏温室

利用温室设施安装光伏组件，实现光伏发电系统与温室农业生产一体化。太阳能发电直接供给温室使用，可根据温室内种植作物的需光特性，选择不同透光率的组件作为温室光伏板。

（3）光伏保藏

由光伏供电系统提供能源，并使用该能源为农产品进行保鲜储藏。可以结合烘干技术对相关农产品进行干燥，使含水量降低到安全的适宜水平，延长使用寿命。也可以直接或经过储能电池对农产品仓库进行供电制冷，达到预冷保鲜或冷冻保藏的目的[4]。

（4）光伏杀虫

通过光伏发电系统提供电能，白天将电能存储在蓄电池内，夜晚由蓄电池对杀虫灯供电，通过杀虫灯发射不同波长的光波引诱昆虫至高压电网并击杀消灭[5]。此方法集合了光伏发电、蓄电池储能、害虫诱杀、品种调查等多项植保技术，可作为物理防虫的优选方式。

2、复合开发互补发展模式

此模式为在农用地上复合利用光伏发电的方式。光伏组件采用桩基方式位于农用地上方，下方仍进行农业生产，主要包括光伏与农业复合开发（即农光互补）、光伏与畜牧业复合开发（即牧光互补）、光伏与渔业复合开发（即渔光互补）等模式。根据各省市、自治区已经出台的建设和认定标准，对光伏农业复合开发项目光伏组件的最低点标高、桩基行列间距等均确定了最低指标要求。

（1）光伏与农业复合开发

此技术是将光伏与农业种植相结合的复合应用方法。在光伏发电的同时兼顾种植，上方进行光伏发电，下方进行农业种植生产。可以按当地相应建设要求直接在露地上设置光伏组件，下方直接开展种植生产；也可在已有的农业设施（如温室、大棚等）上敷设光伏组件，在设施内开展农业生产。

（2）光伏与牧业复合开发

此技术是将光伏与畜牧养殖相结合的复合应用方法。可以在散放养殖基地上方搭建光伏发电板，下方放养牛羊等牲畜，实现一地多用，合理利用有效资源。光伏组件在夏季有一定遮阴作用，同时能起到一定防风减蒸发的作用，在一定程度上促进草体生长。也可以在已有的畜牧养殖设施上敷设光伏组件，在设施内开展畜禽养殖。

（3）光伏与渔业复合开发

此方法是将光伏与养殖渔业相结合的复合应用方法。在养殖水塘上方架装光伏组件，下方水域进行水产品养殖。光伏组件的遮挡作用可以改善下方水域的温度条件和光照环境，非常适宜沙塘鳢、小龙虾、大闸蟹、贵妃鱼等喜阴类水产品的生长。

3、光伏组件下农业开发再利用模式

大型集中式光伏电站往往会建设在荒滩荒漠等大面积地区，有光伏板覆盖后地表蒸发量大幅减少，水分得以保留，加上定期清洗光伏面板也变相实现了定期浇水，使荒地具备了再次开发利用的潜力。有条件的荒地可通过沟渠配套、扣青培肥、构建耕作层、培肥地力等技术措施，改造修复为耕地，种植喜阴类果树、中药材等。沙化石漠化荒地可通过栽植柠条、沙地柏、丁香等绿花灌木及人工播撒草种，培育草场，进行畜禽养殖。

五、存在不足

1、应用范围可进一步扩大

当前光伏与农业结合已有多种模式，并应用到多种场景中，但仍有很大的拓展空间。如在大田作物上的复合利用，目前只在水稻等作物上进行了小面积的试验性使用，通过科学的光伏设置方式，取得了不错的产出成效。未来还可以应用至更多大田作物中，并通过科技手段解决光伏设施与生产机械、作物光照需求之间的矛盾。

2、与农业机械、智能装备结合不充分

光伏组件因为需桩基支架，在一定程度上会影响到种植、养殖中的农业机械使用。可研究各类主要农业机械的使用需求，定制与其相适应的光伏组件尺寸及安装间距，将极大地扩大应用范围。

此外，数字农业应用范围越来越广泛，当前光伏与农业的结合还主要是最基本电能、空间利用，如将光伏与各类智能装备功能应用相结合，如把对动植物的监测与光伏板方向、角度的自动转换等相结合，可有效扩大光伏与农业结合的应用场景。

3、空间复合利用效率还可提高

尽管当前在复合利用上取得了一定成效，但复合方式还比较单一，需要研发更多复合型产品、机械及模式，将引水、灌溉、植保、监测、预警等功能高效融合。同时，也需考虑与科教、展示、研学等功能融合发展，提升单位空间的使用效率和收益。

六、展望与建议

1、加强科技引领，扩大应用范围

通过对不同农作物、畜禽、水产对光照、湿度、温度等的适应性特点分析，研究开发符合其生长特点的光伏组件形式和适宜的设备设置间距、高度要求，使光伏组件在使用中满足不同种类农作物或畜禽水产品种的光照需求，并可实现机械化作业。同时，积极开发适应主流光伏组件的农机具产品，推动光伏复合农业的机械化发展水平提升，使光伏技术也能在水稻、小麦、棉花等更多大田作物田地上应用。光伏温室可通过智能技术手段自动调整光伏板角度，扩大温室农作物种植选择。

2、通过技术集成，强化综合利用

光伏组件还可通过与雨水收集、灌溉沟渠、光伏水泵、储水储能等设施集成应用，实现清洗灌溉用水重复利用、水资源集蓄、电能储备，不仅实现农作物灌溉、补水，还能保持错峰错季能源平衡供应。通过配套智慧能源管理系统，可自动分析农业环境温度、土壤湿度、肥力状况等农业生产环境，实现自动喷灌、施肥等。应用光伏太阳能杀虫灯等绿色防控设施，实现智慧农业和绿色农业的综合应用。

3、探索融合创新，助力乡村振兴

光伏与农业结合的模式还可以通过融合乡村其他相关产业进行拓展，将光伏发电系统、农业生产活动、生态环境保护和科普文化旅游等结合起来，充分利用光伏科技要素、农事生产场景和乡村田园景观，将光伏技术展示、数字农业应用、农耕文化体验、特色花卉苗木观赏、有机蔬果采摘等有机结合，发展多种形式的科普、观光、研学和体验等项目，形成特色化、融合化的观光体验农业。此外，也可以加强与秸秆利用、畜禽粪污资源化处理等结合，形成农牧光互补的生态循环农业模式，突出绿色低碳农业。通过这些融合创新模式，必将极大提升经济和生态效益，有力推动乡村振兴。