农业光伏是将农业生产与光伏发电相结合的一种绿色环保的全新产业模式，很有广阔的应用前景。2022年中央一号文件指出：推进农村光伏、生物质能等清洁能源建设。2022年1月，国务院印发的《“十四五”节能减排综合工作方案》(国发〔2021〕33号)强调，要加快风能、太阳能、生物质能等可再次生产的能源在农业生产和农村里的生活中的应用。作者觉得，农业光伏可充分的发挥我国在全球光伏产业的核心地位，不断巩固长板优势，优化现有产业模式，为我国同步实现“双碳”目标和乡村振兴战略提供全新思路及可靠的技术保障。
农业光伏(Agrivoltaics)由德国弗劳恩霍夫太阳能研究所(Fraunhofer ISE)于1981年首次提出。通过光伏板选材、错位铺设以及阵列倾斜等方式解决光伏板与植物争光问题，实现“棚顶发电、棚下种养”，解决全球气候平均状态随时间的变化影响下，日渐增长的人口对食物和能源的双重需求。根据ISE估计，随着全球光伏装机成本降低，农业光伏的经济效益日益凸显。
1.德国作为农业光伏的发源地，在技术加持上成效显著，在政策支持上表现积极。据测算，德国1公顷的农业光伏的产量与0.8公顷的传统农业产量持平，发电量与0.7公顷的传统太阳能持平，相当于节省了半公顷土地。2022年，德国联邦食品和农业部发布了《农业光伏指南》，详细的介绍了技术指标及商业模式范例。2022年4月，德国根据可再生能源法确立了专门针对农业光伏系统的上网电价，使光伏农场能够继续获得85%的农业土地使用费补贴，保证农业光伏电力高于市场行情报价。从2023年1月1日起，德国对30kWp以下的光伏系统将不再征收19%的增值税，为种植户直接带来5000欧元以上的费用减免。
2.日本耕地资源紧缺，主要发展分布式小型农业光伏系统。2020年，全日本共有1992个农业光伏发电站(总面积约560公顷)且大多数都小于0.1公顷。除满足供应农村自消耗用电需求外，农业光伏还可当作日本长期因地震引发大面积停电弹性电力供应的一种有效手段。日本农林水产省为激发农业光伏的铺设，放宽了农业用地规则：若光伏板阴影造成的作物减产比例在20%以内，则支柱的地基部分便转变为暂时性农用地。专家预计，1%的农田采用农光互补模式，将实现约30GW的光伏发电装机容量。
3.美国地域辽阔，较多为屋顶分布式光伏或偏僻地区集中式光伏，农业光伏产业规模很小且发展缓慢。美国能源部(DOE)提供800万美元支持农业光伏发展，最大限度提升农民和当地社区的收益。2022年，美国涉疆法案中断了与中国的光伏贸易往来，造成美国光伏产业大面积停滞。2022年8月，美国政府正式颁布了《通胀削减法案》，该法案计划投资3690亿美元推动本土新能源汽车及光伏等清洁能源技术的快速发展。此举旨在通过实施一系列针对企业的政策性补贴措施，有效扶持并刺激美国本土光伏制造产业的蓬勃兴起。
法案规定企业能保证其原材料采购及制作的完整过程均在美国本土，那么其生产的光伏产品将额外获得10%的奖励性补贴。这一措施被视为美国政府针对中国进口光伏产品所采取的一种打压手段。有必要注意一下的是，美国本土光伏企业的实际产能仅为9GW，且其原材料供应高度依赖进口，这一现状导致其本土光伏产业难以满足市场需求。与此同时，中国光伏产品凭借其卓越的性价比优势，在中短期内中国厂商在美国光伏市场的主导地位仍难以发生根本性改变。
我国光伏能源持续保持领头羊，全球光伏产业重心进一步向我国转移。在国家补贴政策加持和领军企业的多年努力下，我国光伏能源产业由最初的原料、技术、市场“三头在外”的艰难处境，逐步走向技术自主，最终发展为当下双循环良好态势。目前，我国拥有世界最大的光伏市场，量产单晶硅电池的平均转换效率已达到23.1%。根据国际能源署(IEA)的统计，中国企业现掌控着全球光伏制造供应链80%的份额，其中光伏级硅锭及硅片97%来自中国。截至2022年年底，我国光伏发电装机量超越风电、水电，达到3.93亿千瓦，占可再次生产的能源装机总量的32%。依照国家能源局统计数据，2023年全国新增光伏并网容量高达2.163亿千瓦。
在光伏全产业链的加持下，我国成为学界公认的农业光伏发展最好的国家。我国农业光伏总装机容量位居世界第一，自主研发能力得到全方位提升。根据不一样的地区的天气特征情况特点，对光伏农场建设技术、光伏与农艺融合等方面开展了较为全面的研究集成示范，在农光互补有关技术支撑下探索出大田种植、设施种植、畜禽养殖、水产养殖等多种新业态，实现光伏+农业“1+12”的有机融合，催生出了农业产业新业态，其主要优势有以下几项。
随着我国农业电气化水平的持续提升，2023年全国第一产业用电量攀升至1278亿千瓦时，比上年增长11.5%。根据国务院《2030年前碳达峰行动方案》，我国的非化石能源占比将从目前的16%增加至2030年时的25%。对远离中央电网的村庄来说，发展光伏能源可进一步减少农村人口对化石燃料的依赖，从而解决农业生产生活中清洁能源替代的问题。
光伏能源相比风能、水能有着前期投入小、资源分布广、发展的潜在能力大等优势。经多年发展，主流太阳能电池板的光电转化效率均值已由设计之初的6%提高到20%;随着国际市场硅片等原材料产能提升，光伏装机成本逐渐降低，但光伏用地成本仍在不断攀升。国际能源署(IEA)分析指出，为实现2050年全球碳中和的目标，光伏发电年均增幅要在2030年达到6.3亿千瓦，而2020年光伏发电量增幅仅为1.23亿千瓦，根本原因是光伏板占用过多土地资源。农业光伏模式将在不改变耕地性质的前提下，解决光伏用地不足及土地租赁成本过高的问题。
由于全球气候平均状态随时间的变化影响，未来极端天气对农业生产的影响将日益严重。在大田中架设光伏板取代防雹网和多筒式防雹棚，可保护作物免受冰雹等极端天气造成的减损。另外，光伏板的遮阳效果可降低土壤温度，减少蒸腾作用。尤其是在光照强烈的干旱地区，农业光伏将有效减缓荒漠化和土壤退化的趋势。目前，在陕西、宁夏、内蒙古三省区建设了百兆瓦级农业光伏项目，已形成农光一体、牧光一体及光伏治沙等复合模式。
选择芹菜、西红柿、辣椒等喜阴作物可将光伏板遮阴效应造成的产量损失降至最低，使光伏农场收入增加。并且光照强度降低，反而会刺激叶菜类作物长出更大叶片，进而提升产量。另外，畜禽场大多选址在远离城市、村庄以及居民点的地方，现有电网系统尚未达到成为限制其发展的因素。偏远地区农业生产中的能源短缺可通过“上光下养”的形式解决，在露天场地安装太阳能板，板下种植牧草，在为牛、羊等畜禽提供充足饲草的同时，也为畜禽提供“阴凉”，避免过度暴晒，减少热应激反应，降低死亡率;食用菌工厂在选址时所受的用电限制也可通过顶部安装光伏板加以解决;“渔光互补”有发电、水产养殖等多重效益，光伏板在发电的同时，还可以大幅度减少到达水产养殖环境中的光照，降低藻类以及细菌的光合作用，避免水产养殖的ECO被破坏，优化水体环境。
为解决光伏土地占用问题，我国的光伏电站选址主要分布在西北荒漠和戈壁地区，而用电端却分布在东南沿海地区。虽然可通过储能与超高压远距离输变电设施建设缓解产用分离问题，但也使得光伏发电成本大幅度上升。另外，光伏能源天然具有波动性、随机性、间歇性的特点，其发电周期存在的波动对国家电网冲击较大，致使短时期内光伏发电并网难度很大。而光伏农业可满足偏远地区离网大棚内植物补光、滴灌等全部生产用电需求，便于厂房和大棚灵活选址。可有效缓解光伏产能过剩、就近难以消纳的问题，拓展了光伏产品在国内的应用市场。
在一系列政策的激励下，我国农业光伏装机规模虽然实现了快速扩充，但产业化水平还停留于初级阶段。不少投身农业光伏的企业由于缺乏科学的商业模式，光伏和农艺无法有效结合，依然存在一些问题及发展瓶颈。
光伏板阴影导致作物减产是制约农业光伏产业高质量发展的重要的条件，通过“光谱分离技术”将完全解决光伏板与植株“争光”问题。我国在该领域已取得了一定成果，通过光学干涉滤光法和多层聚合物光学膜技术研发的“光电伞”可作为未来分光型光伏农场的底盘技术，在攻克光伏板遮阴难题的同时，大幅度降低装机成本。但该技术中聚合物多层滤光膜被美国3M公司进行垄断销售，将成本不到5元/m2的滤光膜对华售价抬升至1000元/m2，使“光电伞”研发成本难以降低，阻碍了分光型光伏农场的产业化进程。
光伏农业设施目前尚无国家及行业标准。导致一些投产项目偏重光伏发电而忽视农业生产，或在建设中缺乏整体系统性规划。例如，光伏组件正常寿命约为20年，而连栋温室的常规使用的寿命正常不超过15年，日光温室的常规使用的寿命1~2年，这种不匹配现象导致不一样的光伏大棚建设规范中关于荷载、材料等方面的技术方面的要求尚无章可循。另外，光伏组件回收和再利用是确保农业光伏在全生命周期中维持绿色、环保、可持续的关键，但我国强制性回收政策不完善，有关标准不全面，回收机构也处于空白状态。
尽管硅料价格呈现下降趋势，但是对于前期一次性投入的农业设施而言，全套光伏组件的价格依然较高，对农民造成的负担较重。传统光伏大棚的造价在500~700元/m2，而在现代农业园区及农业高新技术示范区内所建设的高标准光伏温室，其建设成本则更为昂贵，普遍在1200~2000元/m2。
目前，我国现阶段建立的农业光伏项目主要由政府出资，面向社会招标，企业一同建设，市场化经营主体带动能力不强。另外，农业光伏的综合收益受多种因素影响。如因为市场供需关系变化导致农作物价格下降1%，将使光伏大棚综合收益率下降2.01%;由于光伏装置占大棚总投资的75%以上，且回报周期长，即便技术迭代引起光伏装机成本下降10%，但大棚的综合收益率仅提升1.26%;另外，阴雨、雾霾天气也是影响光伏发电效益的重要的条件。据测算，如果因恶劣天气引起等效利用小时数下降10%，那么光伏大棚收益将同步降低15.38%。
2018年以后，我国支持建设了8万个村级光伏扶贫电站，总容量26.38GW，占地面积超60万亩，其中1/10为农业光伏模式。经过多年运行，该项目扶贫效果非常明显，每亩地每年给贫困村带来的收益超过3万元。但都会存在因选种不当、光伏板角度不合理，导致农作物产量较低，出现“因光废耕”现象。另外，大部分农户对光伏板的日常维护保养还不熟练，存在后续保障运营的缺失，导致已建成的农业光伏设施“非农化”现象严重，所以急需提升农业光伏项目精细化管理能力。
随着我国农业电气化水平的持续提升，可再次生产的能源在保障农业生产能源供应方面的作用越发明显。未来，农业光伏将在不改变耕地性质的前提下，进一步减少农村地区对化石燃料的依赖，缓解光伏产能过剩、就近难以消纳等问题，以创造更大的经济和社会效益。
提前谋划布局新一代农业光伏底盘技术，巩固我国在光伏产业链、供应链的一马当先的优势。结合我国自主知识产权与光伏产业技术的实际水平，切实加强光谱分离技术、植物光合模型测算、农艺与光伏融合交叉等科技攻关。同时，在农业光伏系统的模型构建、光伏设施农场建设、配套农业作物品种选育等方面需要加大研发投入，有的放矢地提高财政资金使用效率。
综合分析我国不同地域的日照条件及地理气候特点，因地制宜调整推广模式，灵活布局增加光伏产业韧性。在生产实践中利用大数据等信息化手段，结合当地自然环境特点，及时总结光伏电站设计、建设、运营最佳模式，达到农光互补的良性互动。同时，研究和建立有关新产品认证和监测管理体系，加强对农业光伏产品质量控制，推动农业光伏产业规范有序发展。
光伏板的安装间隙及架设高度应最大限度地考虑大型农机作业需求，不应造成对机械化作业的重大限制，也需考虑到光伏板对农用无人机植保作用的影响限制。由于安装高度直接影响架设成本，建议在可跟踪、可拆卸光伏板立柱或可折叠光伏板技术上进一步探索，以满足农作物生长光照需求与空间需求，使大中型农机可以进场作业。
建议在现代光伏农业产业联盟基础上，考虑农业、生态和光伏发电效益，优先制定联盟标准，逐步拓展至行业及国家标准。遵循“以农业为主，光伏为辅”的原则，不对现有耕地形成实际压占、不改变地表形态、不影响农业生产。通过统一标准的制定，杜绝“因光废耕”现象，引导农业光伏从传统农业加传统光伏向包含光照科学管理理念的现代农业过渡提升。
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