试论光伏发电与农业结合发展的模式

2023-01-04杨元智

农村科学实验 2022年5期

樊月杨元智

（延安农业投资建设（集团）有限公司，陕西延安 716000）

引言

近些年来，伴随国际油价不断上涨，光伏能源自身重要性与全球发展战略意义得以显现，同时，作为一种清洁能源，光伏发电具有极为广阔的市场前景与发展空间，其目前已成为能源科学主要发展方向。光伏发电与农业领域的结合，能够为新能源与农业结构的调整与可持续健康发展打下坚实基础，而作为一个农业大国，我国始终在采用高投入+高消耗的粗犷式方法维持经济增长，这便促使如何在经济转型关键时期改变这种农业发展方式成为首要解决问题。

1.光伏发电技术

1.1 光伏发电技术原理

在光伏发电方面，太阳能电池板属于关键部分，光伏发电就是在太阳能电池板的帮助下，从聚光到电能的完整转换过程，光伏发电的时代可以追溯到19世纪40年代末，生物学家在研究实验环节看到了光伏的效用，为太阳能电池板的出现奠定了理论基础。太阳能电池板的原理如下：在阳光下，集成icPN结中的电子器件可能会消化吸收光，进入自由充电状态，并在晶体中高速移动，由此产生的孔洞也会随着核心紧密移动PN结，按照一定的标准，最终在PN结中自由积累，而光能在PN结中积累，这时，PN结之间可能存在电位差，充分发挥电源的作用。

1.2 光伏发电系统

光伏发电系统包括以下关键部分：(1)光伏太阳能电池板。(2) 蓄电装备。(3) 控制面板。(4) 逆变电源。使用光伏太阳能电池板可以完成太阳能到电磁能的转换，再利用逆变电源进行相关转换，然后输送给客户。

2.光伏发电与农业结合原理

“光伏农业大棚”是基于当代蔬菜大棚设施与太阳能光伏发电紧密结合的新型农业设施，通过在蔬菜大棚上设置光伏发电设施，安装在大棚上的太阳能电池板还具有红外线感应阻隔功能，解决了传统蔬菜大棚的隔热升温问题，在实现绿色农业的同时，提高作物种植的产量和效率。2019年我国光伏农业呈现爆发式增长，2019年7月，截至2020年12月，我国光伏农业大棚、渔光互补养殖、太阳能畜禽养殖大棚等新建项目已达900多个，截至2021年7月底，光伏农业总数量已达1400余个，农村市场成为我国光伏市场的新突破点。基于这样的环境，我国光伏发电设施农业将进入发展的机遇期。

3.光伏农业发展出现的问题

光伏农业设施是现代农业与现代设施相结合的新事物，这种创新方式由于对象的控制权、义务和责任，在实验和实施过程中并没有很协调，不可避免地存在相关问题。政府部门、企业、农民的情况都存在一定的误差，值得进一步探索和完善。

3.1 政府前期投资负担大

以陕西省为例，对于光伏发电设施，地方政府农业部门要在前期补贴4700万元，未来三年补贴1200万元；在发电中后期，政府将对这种发电方式给予补贴，标准为每千瓦时0.7元，早期资本投资总额超过7100万元。中后期，随着发电量的进一步增加，政府补贴力度不断加大，按照每年发电量800万千瓦时计算，政府部门每年向太阳能发电公司的发电网络支付费用，需要补贴450万；当地太阳能企业估计6-8年就能收回成本，因此前几年纳税不会太多。费用增加而收益少，势必给政府部门造成很大的经济负担，政府部门的经费筹措建立了更高的要求。经济发展水平低、地方财政收入一般的地区，建设光伏发电设施存在一定困难，这成为当前光伏农业发展的桎梏之一。

3.2 由于缺乏对农业的投入和重视，企业往往会出现经营不善

当地运营光伏设施的中节能是一家新能源企业，在农业方面并不擅长。虽然其成立了农业管理部、销售部，可就目前的情况来说，陕西地方大棚种植农作物的关键是土豆、青稞、玉米等，土豆总面积较大，约420亩，占50%，青稞种植比例为约 25%，约200亩土地资源用于园林绿化、旅游观光。此外，在调查期间，近17%的土地资源未被利用，其中土豆长周期短，近年多采收。通过调查和走访了解到，公司于2021年种植玉米，现阶段尚未采收，公司目前的农牧业收入基本来源于土豆，但由于公司成立时间短、速度快，尚未建立相对稳定的营销渠道，土豆虽然在2014年初有卖，但销量并不好。此外，当地农业机械化水平较低，设施农机发展也缓慢，设施种植机械和自动化水平较低。当地企业农牧业生产过程中的土层培育、种植、浇水、施肥、环境监测系统等工作大部分由人工完成，种植条件相对落后，生产率不高。农业机械配套设施水平不高，目前产品型号少，缺乏专用微型作业机，大棚内各种切割需要的作业机械设备较少，配套设施较少，企业对农业设施的资金投入明显不足，只有大量专业化的农业设施才能提高粮食作物的生长水平，才能从根本上改善粮食作物产销难问题。

3.3 农户的权益难以保障，企业与农民之间利益联结机制不紧密

在征地初期，农民的利益得不到保障，山东省政府通过承包土地为农民出租了500亩土地资源，每年1000亩地租，共30年，一次性付清5年。首先，与当地相比，每亩土地纯收入约1500元，一亩地地租不高；其次，租期过长，增加了农民的风险，使他们基本缺乏土地资源，土地资源的归属将成为一个复杂的问题，直到合同期限届满，只有约 30% 的农户对土地流转合同感到满意。很多人对目前农村土地流转状况不满意，这从侧面说明农户正处于农村土地流转过程中，国家利益得不到保障。农业产业经营以农业产业化经营方式为基础，利用高新技术，将现代农业发展为高效农业；根据企业、农业合作机构和农民的利益，发展现代农业，连接企业、农民和销售市场的全产业链，为企业和农民创造巨大的权益。但是，太阳能发电设施企业与农户的权益并没有紧密联系，公司按勤劳天数（日结算）支付给农民，公司的农业、盈亏与农民无关，这是为了农民的生产主动性和相互合作，这在一定程度上限制了光伏农业的发展。

4.光伏发电的现状

4.1 光伏发电系统设备生产状况分析

如前所述，光伏太阳能电池板是太阳能发电系统中的关键部件，在这个阶段，非常多的公司从事制造和销售，放眼国际市场，光伏太阳能电池板年均总产值多年保持在4000MW以上，我国在该行业的市场占有率稳居世界前列。以尚德制造现状为例，公司生产能力为327.0MW/年，居我国第一、世界第三，不难看出我国在光伏发电系统和机械设备生产方面的巨大优势和发展潜力。我国在光伏发电年发电量水平上领先于车用光伏电池产业链。从以上信息可以看出，我国光伏发电系统的年发电水平有待提高。除了光伏太阳能充电电池，光伏控制器也是厂商关注的焦点，在全球范围内，我国在一个产业的制造水平上不占优势，落后于欧洲和日本等优秀地区和我国，此外，光伏控制器的技术创新和产品开发水平有待提高。

4.2 光伏发电系统在我国的应用

在中国，太阳能资源不仅种类丰富，而且分布广泛，资源总量超过5000 MJ/（平方米年），因此，我国在光伏太阳能发电的发展上具有一定的先天优势。在我国，光伏发电的利用主要集中在以下四个地区：(1)农村和边远地区；(2)通讯和工业生产；(3) 光伏太阳能产品；(4)光伏发电系统。近年来，我国先后完成了一批示范太阳能发电系统，例如600W太阳能抽水系统，输出电压为220VAC，日发电量为1.8kWh，日抽水量为30m²/(20m)。又如100kw并网太阳能供配电系统，输出电压为220VAC，日发电量为350kWh，太阳能发电产业链属于政府部门推动的示范工程，其商业化应用还有很长的路要走。

5.光伏设施农业发展对策建议

5.1 完善市场机制，推动政府角色理念转变

光伏设施农业初期投资较大，总占地面积较大，政府部门在引进设施方面发挥着至关重要的作用，政府部门应作为中介，提供太阳能发电企业与农民的联系方式，向农民征集土地资源，向企业采购设备并给予一定的资金支持。这就需要政府部门转变自身建设项目的核心理念，把建设项目作为促进当地社会经济发展和农民增收的途径，而不是盲目跟风、响应国家号召推进建设项目的思路。在承包土地时，总的目标是使农民的利润最大化，同时，企业也没有必要过分依赖国家补贴，补贴已经给地方政府财政局造成了明显的压力，补贴金额应在调控的同时，向不同方向分散补贴。发电和农业产销补贴多管齐下，企业不仅要关注发电的经济效益，更要提高农业的经济效益，达到满足市场需求的水平。

5.2 增强企业自主意识，开辟自身可持续发展道路

首先，由于发电技术创新的周期时间很慢，发电经济效益提高，空间不大，从农业的角度来看，企业还没有整合农产品的生产和销售，因此，企业应根据大棚的周期性市场前景和自身标准，有效引进农业技术人才，整合供应链。开展大棚产业化专业批发。改变目前无目的、无方向的农产品种植，尽量使生产的农产品符合市场前景，满足交易质量的要求。另外，在后续的光伏农业引进中，项目公司的选择非常重要，项目公司不能只经营农业，也不能只生产光伏产品，必须同时具备太阳能发电和农业技术，或者项目公司由太阳能发电公司和农业龙头企业共同创立。

5.3 完善产业链，促进信息透明，促使行业进入良性循环

详细的全产业链对光伏农业的发展非常有帮助，政府部门可以将补贴从发电补贴转移到适用领域产销链的基础建设，对光伏大棚农业技术进行强力推广，同时协助企业打造营销传输链，使太阳能发电企业的农产品及时接入各大商场，避免企业自身在市场开拓中不必要的探索。同时，确保农民在产业发展中具有主要影响力，让农民能够体验到企业经营利润提高的效果，而不是仅仅承担生产阶段只获得该阶段的报酬。

5.4 增强农户权利意识，积极适应新型生产方式

农民在我国承包土地时应以村主任为权利中介，主动维护自己的正当权益，使我国的地租适当增加，减少土地使用权缺失的影响，尽可能减少征税，减少农民的不良情绪。农民要积极参加新型生产工艺技术培训，提高自觉性，全面掌握生产过程的各个环节，配合公司的奖励制度，并确保灵活使用各种生产和制造专业知识。建立企业与农户的紧密联系，形成一定的农户日常储备，并开展相关学习培训，使其达到设施日常维护的技术规范。强化农业全过程管理方式，借鉴国外专业管理体系和完善的管理经验，以创新进取为核心理念，明确市场运行机制，形成简化、分阶段、我国设施农牧业封闭式发展管理，不断完善其制度管理和运行机制。提高我国农业的社会经济效益、环境效益和经济效益，充分有效利用土地资源，降低经营成本，减少环境污染，配套设施齐全，确保农业稳步发展。

6.光伏发电技术发展前景展望

现阶段，我国光伏企业的市场重点集中在欧美等发达国家和地区，为了改变这种状况，目前我国出台了多项光伏补贴政策，以促进中国市场的开放和发展，坚信在不久的将来，我国光伏企业解决产能过剩的现状大有希望。我国已经明确指出了中北部地区分布式光伏发电系统的建设，并提到了城市建设一体化的核心理念，因此，未来我国光伏产业将重点发展分布式光伏发电。太阳能发电与工程建筑一体化的研究，可以预期，光伏行业已经从高端市场转向中下游市场，这些制造太阳能照明设备和屋顶太阳能发电的企业将进入发展的突破口。光伏企业应将核心活力投入到更高端的技术开发、设计、科研和应用，如以下几个层面：(1)并网光伏发电电路的网络拓扑结构； (2)分布式系统光伏发电系统的机械能管理方法； (3)系统软件的标识和实时监控系统的技术性。此外，安装、维护等领域的一系列增值服务。从目前的销售市场来看，晶硅太阳能电池板在行业内仍然很受欢迎，但很多企业已经慢慢将人力、物力等资源转化为太阳能。薄膜太阳能电池板的研究。与晶体硅太阳能电池板相比，太阳能薄膜电池板对高温、潮湿和寒冷的适应性更强。因此，它们常见于中下游的金属幕墙。它们在成本水平上也具有优势。生产阶段消耗的电能没有晶体硅太阳能电池板高1/2。我国幅员辽阔，有大量可用的太阳能资源。光伏太阳能发电的技术性不仅是一种新能源技术，而且在转化率的层面上也在不断提高。我坚信光伏产业未来的发展将有更美好的未来，为中国的现代农业和新能源开发技术以支撑，为健康发展态势奠定坚实基础。